注冊土木工程師水利水電工程專業(yè)案例第三章水工金屬結(jié)構(gòu)文庫課件

第三章水工金屬結(jié)構(gòu)

熟練掌握水工金屬結(jié)構(gòu)布置、選型和閘門的主要構(gòu)造設(shè)計。熟練掌握鋼閘門的受力條件、運用方式。熟練掌握閘門構(gòu)件的強度、剛度及穩(wěn)定計算。掌握閘門構(gòu)件及連接件的材料和容許應(yīng)力。掌握閘門表面的防腐蝕和防冰凍工程措施。了解閘門的制造、安裝及驗收等有關(guān)技術(shù)要求。了解啟閉機制造、安裝及驗收等有關(guān)技術(shù)要求?？荚嚧缶V第三章水工金屬結(jié)構(gòu)第一節(jié)

水工金屬結(jié)構(gòu)布置、選型一、閘門的分類

(一)閘門按工作性質(zhì)分類（1）工作閘門：承擔主要工作并能在動水中啟閉的閘門。（2）事故閘門：發(fā)生事故時，能在動水中關(guān)閉的閘門。當需快速關(guān)閉時，也稱為快速閘門。這種閘門宜在靜水中開啟；（3）檢修閘門：檢修時用以擋水的閘門，這種閘門，宜在靜水中啟閉。二、閘門的布置與選型

閘門應(yīng)布置在水流較平順的部位，應(yīng)盡量避免門前橫向流和漩渦、門后淹沒出流和回流等對閘門運行的不利影響。閘門布置在進口時，尚應(yīng)避免閘孔和門槽頂部同時過水。閘門型式的選擇，應(yīng)根據(jù)下列因素綜合考慮確定：(1)水利樞紐對閘門運行的要求；(2)閘門在水工建筑物中的位置、孔口尺寸、上下游水位和操作水頭；(3)泥沙和漂浮物的情況；(4)啟閉機的型式、啟閉力和掛脫鉤方式；(5)制造、運輸、安裝、維修和材料供應(yīng)等條件；(6)技術(shù)經(jīng)濟指標等。（一）表孔溢洪道閘門的布置與選型

表孔溢洪道工作閘門的型式在我國應(yīng)用最多的是弧形閘門和平面閘門。溢洪道工作閘門的上游側(cè)，宜設(shè)置檢修閘門，其型式通常為平面滑動閘門。工作閘門的底檻位置，宜位于溢流堰頂略偏下游處。工作閘門之前設(shè)有檢修閘門時，兩門槽之間的凈距離應(yīng)能滿足啟閉機的布置、閘門的安裝、運行和維修等的要求，一般不宜小于1.5m。溢洪道工作閘門，其操作設(shè)備除應(yīng)有可靠的常用電源外，應(yīng)設(shè)有備用動力，以增加安全性。（二）深孔泄水閘門的布置與選型

為保證工作閘門及泄水孔的安全運行，一般應(yīng)在泄水孔工作閘門的上游側(cè)設(shè)事故閘門。事故閘門一般均采用平面閘門。當工作閘門設(shè)置于泄水道的進口或中段時，宜增大門后泄水道的斷面，并在門后頂部設(shè)通氣孔以充分補氣。泄水孔工作閘門的型式應(yīng)根據(jù)閘門的操作水頭、水工布置和運用條件等因素并通過技術(shù)經(jīng)濟比較確定，可選用平面閘門、弧形閘門、錐形閥、高壓滑動平面閥門等。

（四）船閘閘門的布置與選型

船閘應(yīng)在上、下閘首設(shè)置工作閘門、檢修閘門，位于重要水利水電樞紐上的船閘，因閘門失事可能引起嚴重后果，應(yīng)在上閘首設(shè)置事故閘門。承受單向水頭在靜水條件下啟閉的大中型工作閘門，宜優(yōu)先選用人字閘門；承受雙向水頭在靜水條件下啟閉的工作閘門，宜選用橫拉閘門。三、攔污柵布置

攔污柵一般設(shè)置在水電站、排灌站及供水等建筑物的進水口。在布置攔污柵時，應(yīng)盡可能地利用水流流向及地形等有利條件，盡量避免污物進入進水口，以減輕對攔污柵的威脅；要求過柵水流平順，水頭損失??；此外，還應(yīng)考慮清污方便、便于安裝、檢修及更換。引水道進口按其在水面下的位置而分為深孔及淺孔兩種。

第二節(jié)閘門的荷載及結(jié)構(gòu)布置

作用在閘門上的荷載，按設(shè)計條件和校核條件劃分為兩類，即設(shè)計荷載和校核荷載。一、閘門荷載（一）設(shè)計荷載(1)閘門自重(包括加重)；(2)設(shè)計水頭下的靜水壓力；(3)設(shè)計水頭下的動水壓力；(4)設(shè)計水頭下的波浪壓力；(5)設(shè)計水頭下的地震動水壓力；(6)設(shè)計水頭下的水錘壓力；(7)泥沙壓力；(8)風壓力；(9)啟閉力。二、閘門主要荷載的計算（一）靜水壓力計算（二）動水壓力計算（三）波浪壓力計算（四）泥沙壓力計算（五）漂浮物撞擊力計算（六）地震力計算（七）風荷載計算（八）啟閉力計算三、閘門的結(jié)構(gòu)布置（一）平面閘門

1.承載結(jié)構(gòu)初定面板厚度和主梁數(shù)目及其截面尺寸。對工作閘門和事故閘門在布置底主梁的位置時，應(yīng)符合底緣布置的要求，下游傾角應(yīng)不小于30°；對于部分利用水柱的平面閘門，其上游傾角不應(yīng)小于45°，宜采用60°。對露頂式雙主梁平面閘門，主梁宜布置在靜水壓力線上、下等距離的位置，兩主梁間的距離a值要盡量大些；上主梁到閘門頂緣的距離a。小于0.45H，且不大于3.6m。對露頂式閘門頂部應(yīng)有0.3～0.5m的超高。

三、閘門的結(jié)構(gòu)布置2.支承結(jié)構(gòu)和埋件結(jié)構(gòu)支承結(jié)構(gòu)就其支承方式可分為滾動支承和滑動支承兩類。當采用滑動支承利用水柱壓力下門時，為使閘門井內(nèi)形成有效的水柱壓力，應(yīng)該使閘門門葉與上游胸墻之間的縫隙距離（S0）和門葉與下游門楣之間的縫隙距離（S1）比例關(guān)系為大于或等于5倍的關(guān)系即S0≥5S1。

主軌高度應(yīng)根據(jù)使用條件可按（1.5～2.0）的孔口高度選用。它們的門槽型式也應(yīng)根據(jù)使用條件可選用Ⅰ型或Ⅱ型門槽，以利于減輕或防止氣蝕的發(fā)生。

第三節(jié)閘門構(gòu)件及連接件的材料和容許應(yīng)力（一）閘門承重結(jié)構(gòu)的鋼材

閘門承重結(jié)構(gòu)的鋼材可選用平爐或氧氣轉(zhuǎn)爐Q235、Q345、16Mnq等，并應(yīng)分別符合《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB700）、《低合金結(jié)構(gòu)鋼》（GB1591）和《橋梁建筑用熱軋?zhí)妓劁摗罚℅B714）中規(guī)定的質(zhì)量要求。（二）閘門支承結(jié)構(gòu)（主輪和主軌）的鑄造鋼件

（三）閘門的吊桿軸、連接軸、主輪軸、支鉸軸（四）閘門支承滑道和止水座板所使用的不銹鋼

（五）閘門止水結(jié)構(gòu)的型號和材料

第四節(jié)閘門構(gòu)件的強度、剛度及穩(wěn)定計算一、閘門面板設(shè)計

（一）面板厚度計算

（二）面板參加主(次)梁整體彎曲計算二、次梁設(shè)計計算

（一）次梁的荷載與計算簡圖

（二）次梁的截面設(shè)計三、主梁設(shè)計計算

（一）主梁的形式（二）主梁的荷載（三）主梁設(shè)計特點四、邊梁設(shè)計第五節(jié)閘門表面防腐蝕和防冰凍一、表面防腐蝕

閘門表面防腐蝕有不同的方式（如陰極保護、表面涂裝涂料和噴涂金屬等）。二、閘門防冰凍（一）閘門的防冰

（二）閘門的防凍第六節(jié)啟閉機

三、工作級別

啟閉機的工作級別系指主起升機構(gòu)的工作級別按機械的設(shè)計壽命和荷載狀態(tài)劃分為4級。

四、安全保護裝置五、荷載六、結(jié)構(gòu)七、選型設(shè)計原則和要求

1．泄水系統(tǒng)工作閘門的啟閉機一般選用固定式啟閉機和一門一機布置，但若閘門操作運行方式和啟閉時間允許時，也可選用移動式啟閉機。

第六節(jié)啟閉機2．多孔泄洪系統(tǒng)的事故閘門和檢修閘門的啟閉機，一般選用移動式啟閉機。3．施工導流封孔閘門的啟閉機，其啟閉力應(yīng)考慮在一定水位下有啟門的可能，同時應(yīng)有準確的指示裝置，以顯示閘門是否到達底檻。4．擋潮閘、水閘工作閘門的啟閉機，一般采用一門一機以便迅速啟閉閘門。5．電站機組進水口和泵站出口快速閘門的啟閉機選型，應(yīng)根據(jù)工程布置、閘門的啟閉荷載等進行全面的技術(shù)經(jīng)濟比較，選用卷揚式或液壓式快速閘門啟閉機。第六節(jié)啟閉機6．當多機組電站進水口設(shè)有檢修閘門時，一般選用移動式啟閉