第八章平面鋼閘門

1、第八章 平面鋼閘門第一節(jié) 概述第二節(jié) 平面鋼閘門的組成和結(jié)構(gòu)布置第三節(jié) 平面鋼閘門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第四節(jié) 平面鋼閘門的零部件設(shè)計(jì) 一、閘門的類型 閘門的類型較多，一般可按閘門的工作性質(zhì)、設(shè)置閘門的類型較多，一般可按閘門的工作性質(zhì)、設(shè)置部位及結(jié)構(gòu)形式等加以分類。部位及結(jié)構(gòu)形式等加以分類。按閘門的工作性質(zhì)可分為： 工作閘門工作閘門; ; 事故閘門事故閘門; ; 檢修閘門檢修閘門; ; 施工期導(dǎo)流閘門施工期導(dǎo)流閘門。按閘門設(shè)置的部位可分為： 露頂式閘門露頂式閘門：設(shè)置在開敞式泄水孔口，當(dāng)閘門關(guān)：設(shè)置在開敞式泄水孔口，當(dāng)閘門關(guān)閉孔口擋水時(shí)，其門葉頂部高于擋水水位，并需設(shè)置三閉孔口擋水時(shí)，其門葉頂部高于擋水水

2、位，并需設(shè)置三邊止水。邊止水。 第一節(jié) 概述 潛孔式閘門：潛孔式閘門：設(shè)置在潛沒式泄水孔口，當(dāng)閘門設(shè)置在潛沒式泄水孔口，當(dāng)閘門關(guān)閉孔口擋水式，其門葉頂部低于擋水水位，需要設(shè)關(guān)閉孔口擋水式，其門葉頂部低于擋水水位，需要設(shè)置頂部、兩側(cè)和底緣四邊止水。置頂部、兩側(cè)和底緣四邊止水。按閘門的結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)造特征可分為： 平面形門葉鋼閘門：平面形門葉鋼閘門：系指擋水面板形狀為平面系指擋水面板形狀為平面的一類鋼閘門。的一類鋼閘門。 根據(jù)門葉結(jié)構(gòu)的運(yùn)移方式又可分為：根據(jù)門葉結(jié)構(gòu)的運(yùn)移方式又可分為： l直升式平面閘門直升式平面閘門; ;l升臥式平面閘門升臥式平面閘門; ;l橫拉式平面閘門（船閘中采用）橫拉式平面閘

3、門（船閘中采用）; ;l繞豎軸轉(zhuǎn)動(dòng)的平面形閘門繞豎軸轉(zhuǎn)動(dòng)的平面形閘門（如船閘中的人字門（如船閘中的人字門 和一字門）及繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)的平面形閘門（如翻和一字門）及繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)的平面形閘門（如翻 版閘門、舌瓣閘門和蓋板閘門）等。版閘門、舌瓣閘門和蓋板閘門）等。 弧形閘門弧形閘門: : 系指擋水面板形狀為圓弧形的一類系指擋水面板形狀為圓弧形的一類鋼閘門。鋼閘門。 又可分為繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)的弧形閘門又可分為繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)的弧形閘門:l正向弧形閘門正向弧形閘門l反向弧形閘門反向弧形閘門l下沉式弧形閘門下沉式弧形閘門l繞豎軸轉(zhuǎn)動(dòng)的立軸式弧形閘門（如船閘繞豎軸轉(zhuǎn)動(dòng)的立軸式弧形閘門（如船閘 中的三角門）等。中的三角門）等。

4、 本章主要介紹直升式平面鋼閘門二、閘門的型式和孔口尺寸三、閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求1 1、閘門結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法、閘門結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法 水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范(SL74-95)(SL74-95)規(guī)定鋼規(guī)定鋼閘門結(jié)構(gòu)采用容許應(yīng)力法進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。閘門結(jié)構(gòu)采用容許應(yīng)力法進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。 2 2、結(jié)構(gòu)分析方法、結(jié)構(gòu)分析方法按平面體系設(shè)計(jì)法：可采用手算，簡單易行，但不太按平面體系設(shè)計(jì)法：可采用手算，簡單易行，但不太 精確。精確。按空間體系設(shè)計(jì)法：可采用有限元法（按空間體系設(shè)計(jì)法：可采用有限元法（FEMFEM）分析，）分析， 較合理。較合理。 平面鋼閘門的工程實(shí)例 平面鏈輪式鋼閘門人字

5、形鋼閘門的工程實(shí)例弧形鋼閘門的工程實(shí)例返回一、平面鋼閘門的組成 平面鋼閘門是由活動(dòng)的平面鋼閘門是由活動(dòng)的門葉結(jié)構(gòu)、埋固構(gòu)件和和啟閉機(jī)械三部分組成。三部分組成。( (一一) )門葉結(jié)構(gòu)的組成門葉結(jié)構(gòu)的組成 門葉結(jié)構(gòu)是用來封閉和開啟孔口的活動(dòng)擋水結(jié)構(gòu)。門葉結(jié)構(gòu)是用來封閉和開啟孔口的活動(dòng)擋水結(jié)構(gòu)。由門葉承重結(jié)構(gòu)、行走支承以及止水和吊具等組成。由門葉承重結(jié)構(gòu)、行走支承以及止水和吊具等組成。 1 1、平面鋼閘門的承重結(jié)構(gòu)、平面鋼閘門的承重結(jié)構(gòu) 平面鋼閘門的承重結(jié)構(gòu)，一般由鋼面板、梁格及縱、平面鋼閘門的承重結(jié)構(gòu)，一般由鋼面板、梁格及縱、橫向聯(lián)結(jié)系組成。橫向聯(lián)結(jié)系組成。 第二節(jié) 平面鋼閘門的組成和結(jié)構(gòu)布置面

6、板面板: : 是用來擋水，直接承受水壓并傳給梁格。面板是用來擋水，直接承受水壓并傳給梁格。面板 通常設(shè)在閘門的上游面，這樣可以避免梁格和行走支通常設(shè)在閘門的上游面，這樣可以避免梁格和行走支 承浸沒于水中而積聚污物，也可以減小因門底過水而承浸沒于水中而積聚污物，也可以減小因門底過水而 產(chǎn)生的振動(dòng)。產(chǎn)生的振動(dòng)。梁格梁格: : 由互相正交的梁系由互相正交的梁系 ( (水平次梁水平次梁 ( ( 包括頂、底次包括頂、底次 梁梁 ) )、豎立次梁、主梁和邊梁等、豎立次梁、主梁和邊梁等) )所組成，用來支承面所組成，用來支承面 板并將面板傳來的全部水壓力傳給支承邊梁，然后通板并將面板傳來的全部水壓力傳給支承

7、邊梁，然后通 過設(shè)置在邊梁上的行走支承把閘門上的水壓力傳給閘過設(shè)置在邊梁上的行走支承把閘門上的水壓力傳給閘 墩。墩。橫向聯(lián)結(jié)系橫向聯(lián)結(jié)系: :（又稱豎向聯(lián)結(jié)系）（又稱豎向聯(lián)結(jié)系） 布置在垂直于閘門布置在垂直于閘門 跨度方向的豎直平面內(nèi)，以保證閘門橫截面的剛度跨度方向的豎直平面內(nèi)，以保證閘門橫截面的剛度, , 使門頂和門底不致產(chǎn)生過大的變形。其主要承受由使門頂和門底不致產(chǎn)生過大的變形。其主要承受由 頂梁、底梁和水平次梁傳來的水壓力并傳給主梁。頂梁、底梁和水平次梁傳來的水壓力并傳給主梁。 其形式主要有其形式主要有實(shí)腹隔板式實(shí)腹隔板式和和桁架式桁架式。 縱向聯(lián)結(jié)系縱向聯(lián)結(jié)系: :（又稱門背聯(lián)結(jié)系或起

8、重桁架）（又稱門背聯(lián)結(jié)系或起重桁架） 布置在布置在 閘門下游面主梁閘門下游面主梁 ( (或主桁架或主桁架) ) 的下翼緣（或下弦桿）的下翼緣（或下弦桿） 之間的縱向豎直平面內(nèi)，承受閘門部分自重和其它之間的縱向豎直平面內(nèi)，承受閘門部分自重和其它 豎向荷載，并可增強(qiáng)閘門縱向豎平面的剛度；當(dāng)閘豎向荷載，并可增強(qiáng)閘門縱向豎平面的剛度；當(dāng)閘 門受雙向水頭時(shí)還能保證主梁的整體穩(wěn)定性（當(dāng)閘門受雙向水頭時(shí)還能保證主梁的整體穩(wěn)定性（當(dāng)閘 門承受反向水頭時(shí)，主梁下翼緣受壓）。門承受反向水頭時(shí)，主梁下翼緣受壓）。2 2、行走支承、行走支承 平面鋼閘門的行走支承（又稱支承移動(dòng)部件）應(yīng)保平面鋼閘門的行走支承（又稱支承移

9、動(dòng)部件）應(yīng)保證既能將閘門所受的全部水平荷載安全地傳遞給閘墩，證既能將閘門所受的全部水平荷載安全地傳遞給閘墩，又應(yīng)保證閘門能沿門槽上下順利移動(dòng)，并減小閘門移動(dòng)又應(yīng)保證閘門能沿門槽上下順利移動(dòng)，并減小閘門移動(dòng)時(shí)的摩擦阻力。時(shí)的摩擦阻力。 行走支承包括行走支承包括: : 主行走支承（主輪或主滑塊）主行走支承（主輪或主滑塊）; ; 側(cè)向支承（側(cè)輪）側(cè)向支承（側(cè)輪）; ; 反向支承（反輪）裝置。反向支承（反輪）裝置。 3 3、止水、止水 系為了防止閘門漏水而固定在門葉周邊的橡膠止水。系為了防止閘門漏水而固定在門葉周邊的橡膠止水。 4 4、吊具、吊具 系用來連接閘門啟閉機(jī)的牽引構(gòu)件。系用來連接閘門啟閉機(jī)的

10、牽引構(gòu)件。( (二二) ) 埋固構(gòu)件埋固構(gòu)件 平面閘門的固定埋設(shè)部件一般包括：平面閘門的固定埋設(shè)部件一般包括：主輪或主滑道的軌道，簡稱主軌；主輪或主滑道的軌道，簡稱主軌；側(cè)輪和反輪的軌道，簡稱側(cè)軌和反軌；側(cè)輪和反輪的軌道，簡稱側(cè)軌和反軌； 應(yīng)熟悉閘門結(jié)構(gòu)的傳力路徑，以掌握閘門各種構(gòu)應(yīng)熟悉閘門結(jié)構(gòu)的傳力路徑，以掌握閘門各種構(gòu)件的受力情況并能正確確定各承重構(gòu)件的計(jì)算簡圖。件的受力情況并能正確確定各承重構(gòu)件的計(jì)算簡圖。 止水埋件，頂止水埋件簡稱門楣，底止水埋件簡稱底止水埋件，頂止水埋件簡稱門楣，底止水埋件簡稱底 坎；坎；門槽護(hù)角、護(hù)面和底檻，用以保護(hù)混凝土不受漂浮物門槽護(hù)角、護(hù)面和底檻，用以保護(hù)混凝

11、土不受漂浮物 的撞擊、泥砂磨損和氣蝕剝落。的撞擊、泥砂磨損和氣蝕剝落。閘門擋水時(shí)所受的水壓力在閘門上的傳力路徑：閘門擋水時(shí)所受的水壓力在閘門上的傳力路徑：水平水壓力面板水平次梁（齊平連接時(shí)）豎立次梁主梁邊梁主輪（或主滑塊）主軌道混凝土閘墩布置內(nèi)容：布置內(nèi)容：確定閘門上需要設(shè)置的構(gòu)件、每種構(gòu)件需要確定閘門上需要設(shè)置的構(gòu)件、每種構(gòu)件需要的數(shù)目以及每個(gè)構(gòu)件的所在位置。應(yīng)統(tǒng)籌考慮、全面安的數(shù)目以及每個(gè)構(gòu)件的所在位置。應(yīng)統(tǒng)籌考慮、全面安排并進(jìn)行必要的方案比較后最終確定。排并進(jìn)行必要的方案比較后最終確定。二、平面鋼閘門的結(jié)構(gòu)布置( (一一) )主梁的布置主梁的布置 1 1、主梁的數(shù)目、主梁的數(shù)目 主梁是閘

12、門的主要承重部件。主梁的數(shù)目主要取決主梁是閘門的主要承重部件。主梁的數(shù)目主要取決于閘門的尺寸和水頭的大小。平面閘門按主梁的數(shù)目可于閘門的尺寸和水頭的大小。平面閘門按主梁的數(shù)目可分為雙主梁式和多主梁式。建議當(dāng)閘門的跨高比分為雙主梁式和多主梁式。建議當(dāng)閘門的跨高比L/H1.2 L/H1.2 時(shí)，采用雙主梁；而當(dāng)閘門的跨高比時(shí)，采用雙主梁；而當(dāng)閘門的跨高比L/H1.0 L/H1.0 時(shí)，采用多主梁。在大跨度的露頂式閘門中時(shí)，采用多主梁。在大跨度的露頂式閘門中常采用雙主梁。常采用雙主梁。 2 2、主梁的位置、主梁的位置 主梁位置的確定應(yīng)考慮下列因素：主梁位置的確定應(yīng)考慮下列因素：主梁宜按等荷載要求布置

13、，可使每根主梁所需的截主梁宜按等荷載要求布置，可使每根主梁所需的截 面尺寸相同，便于制造；面尺寸相同，便于制造；主梁間距應(yīng)適應(yīng)制造、運(yùn)輸和安裝的條件；主梁間距應(yīng)適應(yīng)制造、運(yùn)輸和安裝的條件；主梁間距應(yīng)滿足行走支承布置的要求；主梁間距應(yīng)滿足行走支承布置的要求； 底主梁到底止水距離應(yīng)符合底緣布置的要求。底主梁到底止水距離應(yīng)符合底緣布置的要求。 對(duì)于實(shí)腹式主梁的工作閘門和事故閘門，一般應(yīng)對(duì)于實(shí)腹式主梁的工作閘門和事故閘門，一般應(yīng)使底主梁的下翼緣到底止水邊緣連線的傾角不應(yīng)小于使底主梁的下翼緣到底止水邊緣連線的傾角不應(yīng)小于3030。 ( (圖圖8-38-3、圖、圖8-4)8-4)，以免啟門時(shí)水流沖擊底主梁

14、和在，以免啟門時(shí)水流沖擊底主梁和在底主梁下方產(chǎn)生負(fù)壓，而導(dǎo)致閘門振動(dòng)。當(dāng)閘門支承底主梁下方產(chǎn)生負(fù)壓，而導(dǎo)致閘門振動(dòng)。當(dāng)閘門支承在非水平底檻上時(shí)，該角度可適當(dāng)增減，當(dāng)不能滿足在非水平底檻上時(shí)，該角度可適當(dāng)增減，當(dāng)不能滿足3030。 要求時(shí)，應(yīng)對(duì)門底部采取補(bǔ)氣措施。部分利用水要求時(shí)，應(yīng)對(duì)門底部采取補(bǔ)氣措施。部分利用水柱閉門的平面閘門，其上游傾角不應(yīng)小于柱閉門的平面閘門，其上游傾角不應(yīng)小于4545。， 宜采宜采 用用 6060。 ( (見圖見圖8-3) 8-3) 。 如圖如圖 8-48-4， 雙主梁式閘門的主梁位置應(yīng)對(duì)稱于靜水雙主梁式閘門的主梁位置應(yīng)對(duì)稱于靜水壓力合力壓力合力 P P 的作用線，在滿

15、足上述底緣布置要求的前提的作用線，在滿足上述底緣布置要求的前提下，兩主梁的間距下，兩主梁的間距 b b 宜盡量大些，并注意上主梁到門頂宜盡量大些，并注意上主梁到門頂?shù)木嚯x的距離C C 不宜太大，一般不超過不宜太大，一般不超過 0.45H0.45H ，且不宜大于，且不宜大于 3.63.6 米。米。 多主梁式閘門的主梁位置，可根據(jù)各主梁等荷載的多主梁式閘門的主梁位置，可根據(jù)各主梁等荷載的原則確定。具體做法有圖解法和數(shù)解法兩種。下面按數(shù)原則確定。具體做法有圖解法和數(shù)解法兩種。下面按數(shù)解法進(jìn)行介紹。解法進(jìn)行介紹。 ) 1(325 . 15 . 1kknHyk 假定水面至門底的距離為假定水面至門底的距離

16、為 H H ，主梁的數(shù)目為，主梁的數(shù)目為 n n , ,第第 k k（k=1k=1，2 2，n n）根主梁至水面的距離為根主梁至水面的距離為 y yk k ，對(duì)于露頂門（圖）有對(duì)于露頂門（圖）有（8-18-1）( (二二) )梁格的布置型式梁格的布置型式 梁格的布置應(yīng)考慮鋼面板厚度的經(jīng)濟(jì)合理性和梁格梁格的布置應(yīng)考慮鋼面板厚度的經(jīng)濟(jì)合理性和梁格制造省工等要求，盡量使面板各區(qū)格的計(jì)算厚度接近相制造省工等要求，盡量使面板各區(qū)格的計(jì)算厚度接近相等，并使面板和梁格的總用鋼量最少。閘門的梁格布置等，并使面板和梁格的總用鋼量最少。閘門的梁格布置可分為以下三種型式?？煞譃橐韵氯N型式。對(duì)于潛孔式閘門（圖）有對(duì)

17、于潛孔式閘門（圖）有) 1()(325 . 15 . 1mkmkmnHyk（8-28-2）式中式中222aHnamA A 水面至門頂止水的距離。水面至門頂止水的距離。簡式梁格簡式梁格( (圖圖8-6a)8-6a)在主梁之間不設(shè)次梁，面板直接支在主梁之間不設(shè)次梁，面板直接支 承在主梁上，面板上的水壓力直接通過主梁傳給兩承在主梁上，面板上的水壓力直接通過主梁傳給兩 側(cè)的邊梁。側(cè)的邊梁。普通式梁格普通式梁格( (圖圖8-6b) 8-6b) 由水平主梁、豎立次梁和梁組成。由水平主梁、豎立次梁和梁組成。 復(fù)式梁格復(fù)式梁格( (圖圖8-6c)8-6c)由水平主梁、豎立次梁、水平次梁由水平主梁、豎立次梁、水

18、平次梁 和邊梁組成。和邊梁組成。 普通式梁格和復(fù)式梁格的面板均為四普通式梁格和復(fù)式梁格的面板均為四 邊支承板。邊支承板。( (三三) )梁格連接型式梁格連接型式 齊平連接齊平連接: : 即水平次梁、豎立次梁和主梁的前翼緣表即水平次梁、豎立次梁和主梁的前翼緣表 面齊平，都直接與面板相連，又稱為等高連接。面齊平，都直接與面板相連，又稱為等高連接。降低連接降低連接: : 即主梁和水平次梁直接與面板相連，而豎即主梁和水平次梁直接與面板相連，而豎 立次梁則離開面板降低到水平次梁下游，這樣水平次立次梁則離開面板降低到水平次梁下游，這樣水平次 梁可以在面板與豎立次梁間穿過而成為連續(xù)梁。梁可以在面板與豎立次梁

19、間穿過而成為連續(xù)梁。如圖所示，梁格的連接型式有如下三種型式。如圖所示，梁格的連接型式有如下三種型式。層疊連接層疊連接: : 即水平次梁和豎立次梁直接與面板相連即水平次梁和豎立次梁直接與面板相連, , 主梁放在豎立次梁后面。由于該連接型式使得閘門的主梁放在豎立次梁后面。由于該連接型式使得閘門的 整體剛度和抗振性能有所削弱，且增大了閘門的總厚整體剛度和抗振性能有所削弱，且增大了閘門的總厚 度度, , 故在平面閘門中現(xiàn)已很少采用。故在平面閘門中現(xiàn)已很少采用。 ( (四四) )邊梁的布置邊梁的布置: : 邊梁的截邊梁的截面型式有面型式有單腹式單腹式( (圖圖a) a) 和和雙雙腹式腹式( (圖圖b)b

20、)兩種。兩種。 單腹式邊梁構(gòu)造簡單，單腹式邊梁構(gòu)造簡單，便于與主梁相連接，但抗扭便于與主梁相連接，但抗扭剛度差，這對(duì)于閘門因彎曲剛度差，這對(duì)于閘門因彎曲變形、溫度脹縮及其它力作變形、溫度脹縮及其它力作用而在邊梁中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的情用而在邊梁中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的情況是不利的。單腹式邊梁主況是不利的。單腹式邊梁主要用于滑道式支承的閘門。要用于滑道式支承的閘門。 雙腹式邊梁的抗雙腹式邊梁的抗扭剛度大，也便于扭剛度大，也便于設(shè)置滾輪和吊軸設(shè)置滾輪和吊軸, ,但構(gòu)造復(fù)雜且用鋼但構(gòu)造復(fù)雜且用鋼量較多，截面內(nèi)部量較多，截面內(nèi)部的焊接也較困難。的焊接也較困難。雙腹式邊梁廣泛用雙腹式邊梁廣泛用于定輪閘門中。于定輪閘門中。返回

21、 對(duì)于四邊固定支承的面板對(duì)于四邊固定支承的面板 ( (圖圖) )， 根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)研根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，在均布荷載作用下最大彎矩出現(xiàn)在面板支承長邊的中究，在均布荷載作用下最大彎矩出現(xiàn)在面板支承長邊的中點(diǎn)點(diǎn) A A 處。但是當(dāng)該點(diǎn)的應(yīng)力達(dá)到所用鋼材的屈服點(diǎn)處。但是當(dāng)該點(diǎn)的應(yīng)力達(dá)到所用鋼材的屈服點(diǎn) f fy y 時(shí)，面板的承載能力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有耗盡，隨著荷時(shí)，面板的承載能力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有耗盡，隨著荷第三節(jié) 平面鋼閘門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載的增加，支承邊上其它各點(diǎn)載的增加，支承邊上其它各點(diǎn)的彎矩都隨之增加，而使面板的彎矩都隨之增加，而使面板上、下游面逐步達(dá)到屈服點(diǎn)上、下游面逐步達(dá)到屈服點(diǎn) ，此時(shí)，面板仍然能夠

22、承受繼續(xù)此時(shí)，面板仍然能夠承受繼續(xù)增大的荷載。試驗(yàn)表明，當(dāng)荷增大的荷載。試驗(yàn)表明，當(dāng)荷載增加到設(shè)計(jì)荷載載增加到設(shè)計(jì)荷載( (A A點(diǎn)屈服時(shí)）點(diǎn)屈服時(shí)）的的(3.54.5)(3.54.5)倍時(shí)，面板跨中部分倍時(shí)，面板跨中部分一、鋼面板的設(shè)計(jì) 面板的工作情況及承載能力：面板的工作情況及承載能力：才進(jìn)入彈塑性階段。這說明面板在使用過程中有很大的才進(jìn)入彈塑性階段。這說明面板在使用過程中有很大的強(qiáng)度儲(chǔ)備。因此，在強(qiáng)度計(jì)算中，容許面板在高峰應(yīng)力強(qiáng)度儲(chǔ)備。因此，在強(qiáng)度計(jì)算中，容許面板在高峰應(yīng)力( (點(diǎn)點(diǎn) A A ) )附近的局部小范圍進(jìn)入彈塑性階段工作，故可將附近的局部小范圍進(jìn)入彈塑性階段工作，故可將面板的

23、容許應(yīng)力面板的容許應(yīng)力 乘以大于乘以大于 1 1 的彈塑性調(diào)整系數(shù)的彈塑性調(diào)整系數(shù) 予以提高。予以提高。( (一一) )初選面板厚度初選面板厚度 t t 鋼面板是支承在梁格上的彈性薄板，在靜水壓力作鋼面板是支承在梁格上的彈性薄板，在靜水壓力作用下，面板的應(yīng)力由兩部分組成：用下，面板的應(yīng)力由兩部分組成： 是局部彎曲應(yīng)力，即矩形薄板本身的彎曲應(yīng)力；是局部彎曲應(yīng)力，即矩形薄板本身的彎曲應(yīng)力； 是整體彎曲應(yīng)力，即面板兼作主是整體彎曲應(yīng)力，即面板兼作主( (次次) )梁翼緣參與梁翼緣參與 梁系彎曲的整體彎應(yīng)力。梁系彎曲的整體彎應(yīng)力。 初選面板厚度時(shí)，由于主初選面板厚度時(shí)，由于主 ( (次次) ) 梁的截

24、面尚未確定梁的截面尚未確定, ,面板參與主面板參與主 ( (次次) ) 梁的整體彎應(yīng)力尚未求得，故面板的梁的整體彎應(yīng)力尚未求得，故面板的厚度可先按面板支承長邊中點(diǎn)厚度可先按面板支承長邊中點(diǎn) A A 的最大局部彎曲應(yīng)力的最大局部彎曲應(yīng)力kpat強(qiáng)度條件初步計(jì)算強(qiáng)度條件初步計(jì)算( (如圖所示如圖所示) )/6/1222maxmaxtapktM（8-38-3）式中式中, , k k 彈性薄板支承長邊彈性薄板支承長邊中點(diǎn)中點(diǎn)( ( A A 點(diǎn)點(diǎn)) )的彎應(yīng)力系數(shù)。的彎應(yīng)力系數(shù)。 p p 面板計(jì)算區(qū)格中心的水壓面板計(jì)算區(qū)格中心的水壓力強(qiáng)度力強(qiáng)度 p=hgp=hg=0.0098h =0.0098h (MP

25、a)(MPa) ; ; h h 區(qū)格中心的水頭區(qū)格中心的水頭, ( , ( m m ) ) a, a, b b面板計(jì)算區(qū)格的短邊和面板計(jì)算區(qū)格的短邊和長邊的長度長邊的長度( ( mm mm ), ), 從面板與從面板與主主 ( ( 次次 ) )梁的連接焊縫算起梁的連接焊縫算起; ; 彈塑性調(diào)整系數(shù)彈塑性調(diào)整系數(shù), , 當(dāng)當(dāng) b/a3b/a3時(shí)時(shí), , =1.5 =1.5 ; ; 當(dāng)當(dāng) b/ab/a3 3時(shí)時(shí), , =1.4 =1.4 。 鋼材的抗彎容許應(yīng)力鋼材的抗彎容許應(yīng)力( (MpaMpa ） 對(duì)于普通式和復(fù)式梁格支承的面板的支承情況實(shí)際上為對(duì)于普通式和復(fù)式梁格支承的面板的支承情況實(shí)際上為雙

26、向連續(xù)板，根據(jù)試驗(yàn)研究，面板的中間區(qū)格在水壓力作雙向連續(xù)板，根據(jù)試驗(yàn)研究，面板的中間區(qū)格在水壓力作用下，其在各支承邊上的傾角均接近于零，故為簡化計(jì)算，用下，其在各支承邊上的傾角均接近于零，故為簡化計(jì)算，中間區(qū)格可當(dāng)作四邊固定板計(jì)算。對(duì)于頂、底梁截面比較中間區(qū)格可當(dāng)作四邊固定板計(jì)算。對(duì)于頂、底梁截面比較小的頂、底部區(qū)格小的頂、底部區(qū)格, , 因面板在剛度較小的頂梁和底梁處會(huì)因面板在剛度較小的頂梁和底梁處會(huì)產(chǎn)生較大的傾角產(chǎn)生較大的傾角, ,接近于簡支邊，故頂、底區(qū)格按三邊固接近于簡支邊，故頂、底區(qū)格按三邊固定另一邊定另一邊( (頂或底邊頂或底邊) )簡支的矩形板計(jì)算。簡支的矩形板計(jì)算。 鋼面板厚度

27、的計(jì)算需與水平次梁間距的布置同時(shí)進(jìn)行。鋼面板厚度的計(jì)算需與水平次梁間距的布置同時(shí)進(jìn)行。因鋼面板的重量占閘門總重量的比例較大，為節(jié)約鋼材，因鋼面板的重量占閘門總重量的比例較大，為節(jié)約鋼材，鋼面板宜選用較薄的鋼板，但考慮銹蝕余量要求，一般不鋼面板宜選用較薄的鋼板，但考慮銹蝕余量要求，一般不應(yīng)小于應(yīng)小于6mm 6mm ，通常可取，通常可取( (816816)mm )mm 。( (二二) )面板參加主面板參加主( (次次) )梁整體彎曲時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算梁整體彎曲時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算 在初步選定面板厚度，并在主在初步選定面板厚度，并在主( (次次) )梁截面選定后，考梁截面選定后，考慮到面板本身在局部彎曲的同時(shí)還隨

28、主慮到面板本身在局部彎曲的同時(shí)還隨主 ( (次次) )梁受整體彎梁受整體彎曲的作用，則面板為雙向受力狀態(tài)。故應(yīng)按第四強(qiáng)度理曲的作用，則面板為雙向受力狀態(tài)。故應(yīng)按第四強(qiáng)度理論驗(yàn)算面板的折算應(yīng)力強(qiáng)度。論驗(yàn)算面板的折算應(yīng)力強(qiáng)度。當(dāng)面板的邊長比當(dāng)面板的邊長比 b/ab/a1.51.5 ，且長邊，且長邊 b b 沿主梁軸線方向沿主梁軸線方向時(shí)時(shí)( (圖圖 (b), (b), 只需按下式驗(yàn)算面板只需按下式驗(yàn)算面板A A 點(diǎn)在上游面的折算應(yīng)力：點(diǎn)在上游面的折算應(yīng)力：式中式中 mymy= k= ky y p a p a 2 2/ / t t 2 2 mxmx=my my ，=0.3 0.3 ；其余符號(hào)極其注解

29、見講義內(nèi)容。其余符號(hào)極其注解見講義內(nèi)容。1 . 1)()(x0mxmy2x0mx2myzh當(dāng)面板的邊長比當(dāng)面板的邊長比 b/a1.5b/a1.5 或面板長邊方向與主或面板長邊方向與主( (次次) )梁梁 垂直時(shí)垂直時(shí)( (圖圖), ),面板在面板在 B B 點(diǎn)下游面的應(yīng)力值點(diǎn)下游面的應(yīng)力值 ( ( mxmx+0 xB0 xB) ) 較大較大, , 這時(shí)雖然這時(shí)雖然B B 點(diǎn)下游面的雙向應(yīng)力為同號(hào)點(diǎn)下游面的雙向應(yīng)力為同號(hào)( (均受壓均受壓), ), 但還是可能比但還是可能比 A A 點(diǎn)上游面更早地進(jìn)入塑性狀態(tài)點(diǎn)上游面更早地進(jìn)入塑性狀態(tài), , 故應(yīng)故應(yīng) (8-4)按下式驗(yàn)算按下式驗(yàn)算 B B 點(diǎn)下

30、游面點(diǎn)下游面在同號(hào)平面在同號(hào)平面( ( 壓壓) )應(yīng)力狀應(yīng)力狀態(tài)下的折算態(tài)下的折算應(yīng)力強(qiáng)度：應(yīng)力強(qiáng)度：式中式中 0 xB 0 xB 對(duì)應(yīng)于面板驗(yàn)算點(diǎn)對(duì)應(yīng)于面板驗(yàn)算點(diǎn)( (B B點(diǎn)點(diǎn)) )主梁前翼緣的整體彎主梁前翼緣的整體彎曲應(yīng)力。考慮整體彎應(yīng)力沿面板寬度分布不均影響后，曲應(yīng)力?？紤]整體彎應(yīng)力沿面板寬度分布不均影響后，可按下式計(jì)算：可按下式計(jì)算： 0 xB0 xB= =（1.51.51 1-0.5-0.5）M/WM/W （8-68-6） 1 1 面板兼作主（次）梁前翼緣工作的有效寬度系面板兼作主（次）梁前翼緣工作的有效寬度系數(shù)，見表數(shù)，見表（8-1）。式（式（8-68-6）的適用條件為）的適用條

31、件為 1 11/31/3 ； 其它符號(hào)及意義見講義具體解釋。其它符號(hào)及意義見講義具體解釋。1 . 1)()(xB0mxmy2xB0mx2myzh(8-5)(8-5)( (三三) )面板與梁格的連接計(jì)算面板與梁格的連接計(jì)算 當(dāng)水壓力作用下面板彎曲時(shí)，由于梁格之間相互移當(dāng)水壓力作用下面板彎曲時(shí)，由于梁格之間相互移近受到約束，在面板與梁格之間的連接角焊縫將產(chǎn)生垂近受到約束，在面板與梁格之間的連接角焊縫將產(chǎn)生垂直于焊縫方向的側(cè)拉力。經(jīng)分析計(jì)算，每毫米焊縫長度直于焊縫方向的側(cè)拉力。經(jīng)分析計(jì)算，每毫米焊縫長度上的側(cè)拉力可按下面的近似公式計(jì)算：上的側(cè)拉力可按下面的近似公式計(jì)算： N Nt t=0.07t=0

32、.07tmax max （ N N / /mmmm2 2） （8-78-7）式中式中 maxmax 厚度為厚度為 t t 的面板中的最大彎應(yīng)力的面板中的最大彎應(yīng)力, , maxmax 可取可取 。 此外，由于面板作為主梁的翼緣，當(dāng)主梁彎曲時(shí)，此外，由于面板作為主梁的翼緣，當(dāng)主梁彎曲時(shí)，面板與主梁之間的連接角焊縫還承受沿焊縫長度方向的面板與主梁之間的連接角焊縫還承受沿焊縫長度方向的水平剪力，主梁軸線一側(cè)的角焊縫每單位長度內(nèi)的剪力水平剪力，主梁軸線一側(cè)的角焊縫每單位長度內(nèi)的剪力為為 T ，則：，則：T=V.S/2I T=V.S/2I 因此，面板與梁格連接角焊縫的因此，面板與梁格連接角焊縫的焊腳尺寸

33、焊腳尺寸h hf f 可近似按下式計(jì)算：可近似按下式計(jì)算：)7 .0/(TNhwf22tf（8-88-8） f fw w 角焊縫的容許剪應(yīng)力。角焊縫的容許剪應(yīng)力。 面板與梁格的連接焊縫應(yīng)采用連續(xù)焊縫，通常面板與梁格的連接焊縫應(yīng)采用連續(xù)焊縫，通常 h hf f 不不宜小于宜小于6mm 6mm 。 二、次梁設(shè)計(jì)( (一一) )次梁的荷載與計(jì)算簡圖次梁的荷載與計(jì)算簡圖 1 1、梁格為降低連接時(shí)次梁的荷載和計(jì)算簡圖、梁格為降低連接時(shí)次梁的荷載和計(jì)算簡圖 水平次梁承水平次梁承受均布水壓力荷受均布水壓力荷載，水壓力荷載載，水壓力荷載作用范圍按面板作用范圍按面板區(qū)格的中線來劃區(qū)格的中線來劃分分, , 則水平

34、次梁則水平次梁所受的均布荷載所受的均布荷載 對(duì)于降低連接梁格對(duì)于降低連接梁格( (如圖如圖) )，豎立次梁為簡支在主梁，豎立次梁為簡支在主梁上的簡支梁上的簡支梁, ,而水平次梁為支承在豎立次梁上的連續(xù)梁。而水平次梁為支承在豎立次梁上的連續(xù)梁。為：為： q=p(aq=p(a上上+a+a下下/2) (N/mm)/2) (N/mm) (8-9)(8-9)豎立次梁則承受水平次梁支座反力傳來的集中力豎立次梁則承受水平次梁支座反力傳來的集中力R R 。2 2、梁格為齊平連接時(shí)次梁的荷載和計(jì)算簡圖、梁格為齊平連接時(shí)次梁的荷載和計(jì)算簡圖 如圖為梁格齊平連接，水平次梁和豎立次梁同時(shí)支如圖為梁格齊平連接，水平次梁

35、和豎立次梁同時(shí)支承著面板。面板傳給梁格的水壓力，按梁格夾角的平分承著面板。面板傳給梁格的水壓力，按梁格夾角的平分線來劃分各梁所負(fù)擔(dān)的水壓力作用范圍。線來劃分各梁所負(fù)擔(dān)的水壓力作用范圍。水平次梁的計(jì)算簡圖：水平次梁的計(jì)算簡圖：當(dāng)水平次梁為在豎立次梁處斷開后再連接于豎立次梁當(dāng)水平次梁為在豎立次梁處斷開后再連接于豎立次梁 時(shí)，水平次梁為簡支梁；時(shí)，水平次梁為簡支梁；當(dāng)采用實(shí)腹隔板兼作豎立次梁時(shí)，水平次梁為連續(xù)穿當(dāng)采用實(shí)腹隔板兼作豎立次梁時(shí)，水平次梁為連續(xù)穿 過實(shí)腹隔板預(yù)留的切孔并被支承在隔板上的連續(xù)梁。過實(shí)腹隔板預(yù)留的切孔并被支承在隔板上的連續(xù)梁。 水平次梁的荷載集度水平次梁的荷載集度 q q 同式

36、同式 (8-9)(8-9)， 計(jì)算簡圖分別如計(jì)算簡圖分別如 圖圖 (d)(d)、(b)(b)所示。所示。 豎立次梁為支承在主梁上的簡支梁。作用荷載有三豎立次梁為支承在主梁上的簡支梁。作用荷載有三角形分布水壓力荷載角形分布水壓力荷載 q q上上 和和 q q下下及水平次梁的支座反力傳及水平次梁的支座反力傳來的集中力來的集中力 R R 。( (二二) )次梁的截面設(shè)計(jì)次梁的截面設(shè)計(jì) 次梁一般受荷不大次梁一般受荷不大, ,常按軋成梁設(shè)計(jì)。計(jì)算步驟如下常按軋成梁設(shè)計(jì)。計(jì)算步驟如下: :按上述次梁的計(jì)算簡圖計(jì)算次梁的最大內(nèi)力按上述次梁的計(jì)算簡圖計(jì)算次梁的最大內(nèi)力MMmaxmax、V V。按梁的彎應(yīng)力強(qiáng)度

37、條件求所需的截面模量按梁的彎應(yīng)力強(qiáng)度條件求所需的截面模量 WWreq req = M= Mmax max / / (8-11)(8-11) 根據(jù)此截面模量和滿足剛度要求的最小梁高根據(jù)此截面模量和滿足剛度要求的最小梁高h(yuǎn) hminmin , , 選合適型鋼。選合適型鋼。minmaxWM式中符號(hào)見教材說明。式中符號(hào)見教材說明。1004maxwEIqlwwtISV截面驗(yàn)算截面驗(yàn)算 當(dāng)次梁直接焊接于面板時(shí)，焊縫兩側(cè)的面板在一定當(dāng)次梁直接焊接于面板時(shí)，焊縫兩側(cè)的面板在一定的寬度（有效寬度）內(nèi)可以兼作次梁的翼緣參加次梁的的寬度（有效寬度）內(nèi)可以兼作次梁的翼緣參加次梁的抗彎工作。面板參加次梁工作的有效寬度抗

38、彎工作。面板參加次梁工作的有效寬度 B B 可按下面可按下面兩式計(jì)算的較小值取用：兩式計(jì)算的較小值取用：ylf235t302bB考慮面板沿寬度上應(yīng)力分布不均而折算的有效寬度考慮面板沿寬度上應(yīng)力分布不均而折算的有效寬度度：度：（8-158-15）考慮面板兼作梁受壓翼緣而不至失穩(wěn)而限制的有效寬考慮面板兼作梁受壓翼緣而不至失穩(wěn)而限制的有效寬 B=B=1 1.b .b 或或 B=B=2 2.b .b （8-168-16）式中式中 b=(bb=(b1 1+b+b2 2)/2)/2 1 1 、 2 2 有效寬度系數(shù)，有效寬度系數(shù)， 1 1 用于正彎矩區(qū)，用于正彎矩區(qū)， 2 2 用于負(fù)用于負(fù)彎矩區(qū)?？刹楸韽?/p>

39、矩區(qū)?？刹楸?-18-1。( (一一) )主梁的形式主梁的形式 主梁是平面鋼閘門中的主要受力構(gòu)件。根據(jù)閘門的主梁是平面鋼閘門中的主要受力構(gòu)件。根據(jù)閘門的跨度和水頭大小，主梁可采用實(shí)腹式或桁架式。跨度小跨度和水頭大小，主梁可采用實(shí)腹式或桁架式?？缍刃∷^低的閘門，可采用制造方便的型鋼梁；對(duì)于中等跨水頭低的閘門，可采用制造方便的型鋼梁；對(duì)于中等跨度的閘門度的閘門( ( 510m 510m ) )常采用實(shí)腹式組合梁，為縮小門槽寬常采用實(shí)腹式組合梁，為縮小門槽寬度和節(jié)約鋼材，也常采用變高度的主梁度和節(jié)約鋼材，也常采用變高度的主梁( ( 圖圖 ) )；對(duì)于大；對(duì)于大跨度的閘門，則宜采用桁架式主梁，以節(jié)約

40、鋼材。跨度的閘門，則宜采用桁架式主梁，以節(jié)約鋼材。三、主梁設(shè)計(jì)( (二二) )主梁的荷載和計(jì)算簡圖主梁的荷載和計(jì)算簡圖 主梁為支承在閘門邊梁上的單跨簡支梁。當(dāng)主梁主梁為支承在閘門邊梁上的單跨簡支梁。當(dāng)主梁按等荷載原則布置時(shí)按等荷載原則布置時(shí), ,每根主梁所受的均布荷載集度為每根主梁所受的均布荷載集度為: : q=P/n q=P/n （kN/mkN/m） （8-178-17） P P 閘門單位跨度上作用的總水壓力（閘門單位跨度上作用的總水壓力（kN/mkN/m） n n 主梁的數(shù)目。主梁的數(shù)目。如圖如圖 (a)(a)，主梁的計(jì)算跨度，主梁的計(jì)算跨度 L 為閘門行走支承中心線之為閘門行走支承中心線

41、之間的距離，即間的距離，即 L=LL=L0 0+2d +2d （8-188-18） L L0 0閘門的孔口寬度，閘門的孔口寬度，d=(0.150.4)md=(0.150.4)m ( (如圖如圖(a) (a) 如圖如圖8-178-17，主梁的荷載跨度，主梁的荷載跨度 L L1 1 等于兩側(cè)止水間的距離。等于兩側(cè)止水間的距離。當(dāng)側(cè)止水布置在閘門的下游面而面板設(shè)在上游面時(shí)當(dāng)側(cè)止水布置在閘門的下游面而面板設(shè)在上游面時(shí), , 閘閘門側(cè)向水壓力將對(duì)主梁產(chǎn)生軸向壓力門側(cè)向水壓力將對(duì)主梁產(chǎn)生軸向壓力N N 。 當(dāng)主梁采用桁架式時(shí)，可將水壓力化為節(jié)點(diǎn)荷載當(dāng)主梁采用桁架式時(shí)，可將水壓力化為節(jié)點(diǎn)荷載P=qb P=q

42、b ( (b b 為桁架的節(jié)間長度為桁架的節(jié)間長度 ) )，然后求解主桁架在節(jié)點(diǎn)，然后求解主桁架在節(jié)點(diǎn)荷載作用下的桿件內(nèi)力并選擇截面。但對(duì)于直接與面板荷載作用下的桿件內(nèi)力并選擇截面。但對(duì)于直接與面板相連的上弦桿，應(yīng)考慮面板傳來的水壓力對(duì)上弦桿引起相連的上弦桿，應(yīng)考慮面板傳來的水壓力對(duì)上弦桿引起的局部彎曲而按壓彎構(gòu)件選擇截面。的局部彎曲而按壓彎構(gòu)件選擇截面。( (三三) )主梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)主梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)對(duì)于鋼閘門的主梁，考慮到其除承受閘門水平水壓力對(duì)于鋼閘門的主梁，考慮到其除承受閘門水平水壓力 而產(chǎn)生水平彎曲外，其下翼緣兼作縱向聯(lián)結(jié)系的弦桿而產(chǎn)生水平彎曲外，其下翼緣兼作縱向聯(lián)結(jié)系的弦桿, ,式中式中

43、b bl l 為主梁的上翼緣寬度，為主梁的上翼緣寬度，b b 為每根主梁承受荷載面為每根主梁承受荷載面的寬度。的寬度。23.096.0minLwELh還需承受一部分閘門自重產(chǎn)生的應(yīng)力。故按主梁的水平還需承受一部分閘門自重產(chǎn)生的應(yīng)力。故按主梁的水平水壓力荷載產(chǎn)生的內(nèi)力選擇截面時(shí)，可按水壓力荷載產(chǎn)生的內(nèi)力選擇截面時(shí)，可按 0.90.9 計(jì)算。計(jì)算。有關(guān)計(jì)算公式如右所示：有關(guān)計(jì)算公式如右所示：521 .3 Whec)( 5 . 3/mmhtw00161hthWAw當(dāng)主梁直接與面板相連時(shí)當(dāng)主梁直接與面板相連時(shí), ,部分面板可兼作主梁上部分面板可兼作主梁上( (前前) )翼緣的一部分參加其抗彎工作。面板

44、的有效寬度取下列翼緣的一部分參加其抗彎工作。面板的有效寬度取下列兩式的較小值：兩式的較小值：ylf235t302bB，B=1b四、橫向聯(lián)結(jié)系和縱向聯(lián)結(jié)系的設(shè)計(jì)( (一一) )橫向聯(lián)結(jié)系橫向聯(lián)結(jié)系橫向聯(lián)結(jié)系橫向聯(lián)結(jié)系( (豎向聯(lián)結(jié)系豎向聯(lián)結(jié)系) )的作用的作用: : 承受水平次梁承受水平次梁( (包括頂、包括頂、底梁底梁) )傳來的水壓力傳來的水壓力, , 并將其傳給主梁。當(dāng)水位變更等原并將其傳給主梁。當(dāng)水位變更等原因而引起各主梁的受力不均時(shí)，橫向聯(lián)結(jié)系可均衡各主因而引起各主梁的受力不均時(shí)，橫向聯(lián)結(jié)系可均衡各主梁的受力并且保證閘門在橫截面的剛度。梁的受力并且保證閘門在橫截面的剛度。橫向聯(lián)結(jié)系的布

45、置：橫向聯(lián)結(jié)系的布置：應(yīng)對(duì)稱與閘門的中心線應(yīng)對(duì)稱與閘門的中心線, , 一般布置一般布置1313道，數(shù)目宜取奇數(shù)，間距不宜超過道，數(shù)目宜取奇數(shù)，間距不宜超過4545米米, , 并通常按并通常按等間距布置。等間距布置。主梁的剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的驗(yàn)算見第五章內(nèi)主梁的剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的驗(yàn)算見第五章內(nèi) 容。容。橫向聯(lián)結(jié)系的型式：橫向聯(lián)結(jié)系的型式：應(yīng)根據(jù)主梁的截面高度、間距和數(shù)應(yīng)根據(jù)主梁的截面高度、間距和數(shù)目而定。主要有實(shí)腹隔板式和桁架式兩種。如圖目而定。主要有實(shí)腹隔板式和桁架式兩種。如圖8-198-19和和圖圖8-208-20所示。所示。 實(shí)腹式隔板的計(jì)算簡圖如圖實(shí)腹式隔板的計(jì)算簡圖如圖(

46、a)(a)所示，通常可按圖所示，通?？砂磮D(b)(b)所示簡化計(jì)算。所示簡化計(jì)算。橫隔板的截面設(shè)計(jì)：橫隔板的截面設(shè)計(jì)：橫隔板的應(yīng)力一般都很小，其尺寸橫隔板的應(yīng)力一般都很小，其尺寸可按構(gòu)造要求及穩(wěn)定條件確定，隔板的截面高度與主梁可按構(gòu)造要求及穩(wěn)定條件確定，隔板的截面高度與主梁的截面高度相同，其腹板厚度一般采用的截面高度相同，其腹板厚度一般采用 812mm812mm , ,前翼前翼緣可利用面板兼作而不必另行設(shè)置緣可利用面板兼作而不必另行設(shè)置; ; 后翼緣可采用扁鋼后翼緣可采用扁鋼, ,寬度取寬度取 (100200)mm (100200)mm ，厚度取，厚度取 (1012) mm (1012) mm 。為減輕門。為減輕門重，可在隔板中間彎應(yīng)力較小區(qū)域開孔，但孔邊需用扁重，可在隔板中間彎應(yīng)力較