摘 要
水利枢纽的主要任务之一就是拦洪、蓄洪、泄洪，根据枢纽预定功能，水流量大小等条件，枢纽设有表孔、深孔、导流孔、隧洞、放空洞等泄水通道。闸门是控制这些通道过流的机械设备，它运行的好坏直接影响水利枢纽的安危，因此选好闸门启闭机的形式，做好金属结构的总体布置即为重要，其次是解决所采用的材料、计算结构安全、选好支承式、解决闸门运行时各种复杂的水力学问题，精心搞好设计，才能解决设备安全顺利地完成枢纽所赋予的任务。本设计是一平板定轮钢闸门，所起作用是尾水门兼事故检修闸门，本文根据所提供的工程概况，详细地论述了闸门的步骤、方法及内容。设计内容以顶节门叶为主，论述的较为具体，中节和底节门叶结构及设计方法与顶节答题类似，所以没有再展开说明，仅将有关尺寸数据列出。
关键字：平板定轮闸门、门叶、顶节。
Abstract
One of the main tasks of Water Control Project is to stop flood , storage flood and discharge flood .In accordance with predetermined hub function , the size of water flow conditions , the hub equipped with lip-deep holes , deep hole ,diversion hole , tunnel , drainage channels , and so on .The gate , which is the equipment to control flow through these channels , runs a direct impact on the safety of key water control project , so selecting the form of gate hoist do a good job in the overall layout of metal structures is extremely important , then resolve the materials which be used ,calculate the safe of structure ,choose good support-style , find solution to the complex hydraulics problem of the gate , then resolved the design of equipment safety and completed the tasks entrusted to the hub successfully . In this article , designed by taking the flat steel gate and tail gate and tail gate accident repair water gate , design the gate adoption of the basic information given .This article discusses the design of the gate steps , methods and content in detail . The design of the contents is mainly about the top section which is discussed specifically . In the Festival and the Festival at the end of the door leaf structure and design methods and top-section generally similar ,therefore , there is no further description .
Key words :flat steel gate ,the door leaf , the top section .
目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪 论 1
1.1闸门的作用 1
1.2闸门的分类 1
1.2.1 按闸门的工作性质分类 1
1.2.2按闸门结构类型分类 1
1.2.3按孔口性质分类 2
1.2.4闸门的使用材料分类 3
1.3平面钢闸门的组成 4
1.3.1门叶结构的组成 4
1.3.2埋设构件 5
1.3.3闸门的启闭设备 6
2 设计工况和主要的设计参数 7
3 闸门的结构布置 8
3.1闸门的选型 8
3.2平面闸门的结构布置 9
3.2.1闸门的尺寸选择 10
3.2.2闸门的分节 10
3.2.3支承跨度 10
3.2.4闸门材料 10
3.2.5梁格形式选择 10
3.2.6总水压计算 11
4门叶结构计算 14
4.1主梁的布置 14
4.1.1主梁的数目 14
4.1.2主梁的位置 14
4.2面板的设计 15
4.3水平次梁的设计 16
4.3.1载荷和内力计算 17
4.3.2截面选择 18
4.3.3强度验算 20
4.3.4挠度验算 20
4.4主梁设计 20
4.4.1主梁的形式 20
4.4.2主梁的荷载 21
4.4.3截面选择 21
4.4.4主梁的截面特性计算 22
4.5顶梁设计 24
4.6竖直次梁设计 25
4.6.1截面选择 25
4.6.2内力计算 25
4.6.3截面特性计算 26
4.6.4强度计算 27
4.7边梁设计 28
4.7.1边梁所受荷载 28
4.7.2截面特性 29
4.8中节及底节门叶结构 30
4.8.1中节门叶结构 30
4.8.2底节门叶结构 31
5闸门的零部件设计 32
5.1行走支撑装置 32
5.2起吊轴及其计算 33
5.3启闭力计算 34
5.3.1闭门力计算 34
5.3.2启门力计算 35
5.4埋件计算 36
结束语 38
致 谢 39
参考文献 40
外文翻译原文 41
外文翻译译文 54
1 绪 论
1.1闸门的作用
闸门是设置在水工建筑物过水孔口上，用于控制水流的通、断或调节流量的设备。它是水工建筑物的重要组成部分之一，可以根据需要封闭建筑物的孔口，也可以全部或局部开启孔口，用于调节上下游水位和流量，从而获得防洪、灌溉、供电、、发电、通航、过木过筏等效益，还可以用于排除漂浮物、泥沙、冰块等，或者为相关建筑物和设备的检修提供必要条件。闸门通常设置在取水输水建筑物的进、出水口等咽喉要道，通过闸门灵活可靠地启闭来发挥它们的功能和效益以及维护建筑物的安全。例如，在一些取水供水工程的输水管道上一般设置节制闸门，用于根据需要调节控制流量，在泵站进出口和一些隧道、涵管、倒虹管等的进出水口一般设置有检修闸门，为检修水工建筑物和泵组设备提供条件，在水库溢流坝或溢洪道上一般设置有泄洪工作闸门，用于控制水库的水位和泄往下游的洪水流量，组大限度地发挥水库的功能效益.
1.2闸门的分类
闸门的种类繁多，分类的方法也很多，一般可按闸门的工作性质、结构特征、孔口性质、使用材料和加工方法等标准来分类。
1.2.1 按闸门的工作性质分类
闸门按工作性质可分为工作闸门、事故闸门、检修闸门。
工作闸门是指水工建筑物正常运行时需要关闭孔口的闸门。这种闸门一般使用频繁，要求在动水条件下启闭，甚至部分开启以控制流量。但亦有在静水工作条件下操作的工作闸门，如船闸通航的工作闸门。
事故闸门是指水工建筑物或有关设备发生事故时使用的闸门。为防止事故扩大，事故闸门一般要求在动水条件下关闭孔口，截断水流，在事故清除后，则可根据具体情况在动水或静水条件下开启。如果有快熟关闭的要求，则称为快速事故闸门。
检修闸门是指水工建筑物或有关设备检修时使用的闸门，一般在静水条件下操作。
1.2.2按闸门结构类型分类
闸门按结构特征可分为：平面闸门、弧形闸门、其他形式闸门等。
1）平面闸门
平面闸门是具有平面挡水板德闸门，它水工建筑物最常用的闸门。它的结构较为简单，操作方便可靠，对建筑物的布置也较易配合。至今，在世界各国的工程设施上平面闸门的采用数量仍居首位。中国水利工程使用最早最多的闸门是平面闸门，目前焊接钢闸门已普遍采用，从其设计、制造、安装及运用等诸方面均已达到世界先进水平。简单的平面闸门只是一块平面的整板。比较复杂的则是梁格式的平面闸门，而其面板又可以做成平面或者曲面的形式。
平面闸门根据其移动方式不同，有直升式、撗拉式、转动式、浮箱式等几种。
直升式平板闸门是最为广泛的门型，它是一块平板式门叶卡在门槽内而封闭孔口的。一般可按支承行走部分的结构，分为滑动式、滚轮式、链轮式。门叶的结构形式也很多，如梁形、拱形、壳形等。门叶的块数一般是一块，也有分成两块或多块的。还有一种闸门，升起后平卧在排架上，称为升卧式平面闸门，这类闸门适合用在地震烈度较大、启闭排架不宜太高的地方。
撗拉式平面闸门是在平面闸门门叶的底部或顶部安装行走滚轮，可沿轨道横向移动，因它只能在静水条件下操作，故多用于船闸闸首工作门。
转动式平面闸门的形式比较多。横轴转动平面闸门安设在底部、中部、顶部而分为舌瓣门、翻板门、拍门。竖轴转动的平面闸门有一字门和人字门。一字闸门是指绕端部转动的平面闸门，也称掩门。人字门是由左右两扇绕竖轴转动的闸门组成，在关闭位置时两扇闸门形成三铰拱形形成，成人字形，故而得名。一字门和人字门只能在静水条件下操作，一般用于船闸闸首工作闸门。
浮箱式平面闸门的门叶形如空箱，在水中可以浮动，而当箱内充水时又能沉没在水中。它的用法是将空门托运到槽位置后，充水时没有下沉就位。浮箱式平面闸门只能在静水条件下操作，一般用于检修闸门。
2）弧形闸门
弧形闸门也是一种应用十分广泛的门型，它将一块弧形门叶用支臂铰支于较座上，一般铰心就是弧面中心，所以压力总是通过铰心，运行时阻力矩较小。弧形闸门两侧的支臂一般成双支臂的形式，对于高度较大的弧形闸门，其支臂也有做成三支臂的形式。根据支臂的布置，则有直支臂和斜支臂之分。弧形闸门的支承铰主要分为铰链和焦作2两部分，它承受支臂的推力并传到基础上。但是，弧形闸门的设计、施工和安装一般比较复杂，它需要较长的闸墩和墩内承受集中推力的钢筋。
1.2.3按孔口性质分类
按孔口性质可以分为：露顶式和潜孔式闸门两类。
露顶式闸门是指当闸门关闭时，闸门门叶顶部高出上游正常水位的闸门。露顶式闸门关闭时，闸门两侧和底缘与门槽埋件接触，一般设有止水和底止水装置。
潜孔式闸门在关闭孔口时，闸门门叶顶部低于上游正常高水位，此时闸门的四周与孔口周围接触，可封闭矩形或圆形孔口。这类闸门的止水要复杂一些，尤其是潜孔式弧形闸门的顶止水需慎重处理。
1.2.4闸门的使用材料分类
按闸门（主要指没有结构）使用的材料可分为钢闸门、钢筋混凝土闸门、木闸门等。
1)钢闸门
钢闸门具有自重轻、承载力大、性能和质量稳定、施工和维护简单、有一定的抗震性、可减少启闭设备的投资等优点。随着我国综合国力和制造技术的不断发展，目前的大中型工程中均采用钢闸门。
为了保证安全，延长使用寿命，钢闸门需采取防腐蚀措施，通常采用热喷锌涂封闭漆的方案，在选用涂料时应注意其化学成分，尤其是在水源工程中，一般避免对水源造成污染。
钢闸门按制造方法的不同又可以分为焊接钢闸门、铆接钢闸门、铸造钢闸门等。
焊接钢闸门有制造安装简单、工期短等优点，在工程中使用最广泛。大、中型钢闸门中的长直焊缝还可采用自动焊，以减轻劳动强度，加快生产速度，提高产品质量和降低生产成本。受运输尺寸和重量的限制，大中型闸门制造时通常分解成几块，运到现场后再拼接成整体。要是受现场条件限制，如在冬季气温低于零下十五摄氏度的 情况下，难以保证安装焊缝的焊接质量，闸门安装接缝可采用螺栓连接。
铆接钢闸门由于耗纲量大、工艺要求严格、制造费用高的缺点，目前已经很少采用。
铸造钢闸门由于孔口尺寸较小、结构复杂的情况，如平板闸阀、蝴蝶阀、针型阀等。铸造的劳动强度及加工工作量大，费用一般较高。目前国内已有大量专业制造厂家生产的系列定型产品，可根据需要选用。小型闸门也可用铸铁闸门，有布置简单紧凑、耐腐蚀等优点，现在国内一些企业，特别是环保行业的制造厂已经有一系列的定型产品。
2）钢筋混凝土闸门和木闸门
钢筋混凝土闸门制造、维护比较简单、造价低廉，适用于偏远地区的一些小型工程。但其辎重偏大加大了启闭设备的容量，并且混凝土有透水性，结构抗震性差，一般大、中型工程中不推荐采用。
木闸门设有用于孔口和水头很小的情况。但木材在水中易腐朽，使用寿命有限，需经常更换，所以目前很少使用。
随着我国国民经济的发展，我国的钢产量已经位居世界前列，机械加工和焊接技术水平也在不断提高，电力供应充足。因此，在工程设计中应有限考虑采用钢闸门。
1.3平面钢闸门的组成
平面钢闸门一般是由可以上下移动的门叶结构、埋固构件和启闭设备三大部分构成。
1——活动部分；2——埋设部分；3——启闭设备
1.3.1门叶结构的组成
门叶结构是用来封闭孔口的活动挡水结构。如图所示为平面钢闸门的门叶结构总图。由图可见，门叶结构是由面板、梁格、横向和纵向连接系、行走支撑（滚轮或滑块）以及止水等部件组成。
1)面板 用来直接挡水，并将承受的水压力传给梁格。面板通常设在闸门上游面，这样可以避免梁格和行走支撑没于水中而聚集污物，也可以减少因门底过水而产生的震动。仅对静水启闭的门底流速较小的闸门，为了设置止水的方便，面板可设在闸门的下游面。
2）梁格 梁格用于支撑面板，以减少面板跨度而达到减少面板厚度的目的。由图可见，梁格一般包括主梁、次梁（包括水平次梁、竖直次梁、顶梁和底梁）和边梁。它们共同支撑着面板，并将面板传来的水压力依次通过次梁、主梁、边梁而后传给闸门的行走支撑。
3）空间联结系 由于门叶结构是一个竖放的梁板结构，梁格自重是竖向的，而梁格所承受的水压力却是水平的，因此，要使每一根梁都能处在它所承担的外力作用的平面内，就必须用联结系来保证每个梁格在闸门空间的相对位置。同时，联结系还起到增强门叶结构在横向竖平面内和纵向平面内刚度的作用。
横向联结系位于闸门横向竖平面内，其形式一般为腹板隔板式，也有桁架式。横向连接系用来支撑顶梁、底梁和水平次梁，并将所承受的力传给主梁。同时，横向连接系保证着门叶结构在横向竖平面的刚度，不使门顶和门底产生过大的变形。
纵向联结系一般采用桁架式或钢架式。桁架式结构的杆件由横向联结系的下弦、主梁的下翼缘和另设的斜杆所组成。这个桁架支撑在边梁上，其主要任务是承受门叶自重及其它可能产生的竖向载荷，并配合横向联结系保证整个门叶结构在空间的刚度。
4）行走支承 门叶支承部分应用较多的是滑动支承、滚轮支承和链轮支承等。支承部分也是门叶移动的行走部分。滑动支承是装在门叶主体边梁处的滑块。其在固结于门槽内的支承轨道上作滑动摩擦运动，接触处是面或线。滚动支承是装在门叶边梁上的轮子，其在门槽轨道上作滚动摩擦运动，接触处是点或线。链轮支承是环绕门叶边柱由一系列圆柱滚子组成的形似链条式的闭合链环。这种支承的闸门也称履带式闸门。滑动支承的闸门摩擦阻力大，启门力大；滚轮支承摩擦阻力小，启门力也小，但闸门门叶较重；链轮支承也作滚动摩擦，其优点是由数目较多的小滚柱承受闸门的水压力,单个轮压小,使得门槽内敷设的轨道断面小、重量轻。滚轮支承的闸门，根据闸门特征及梁格布置设有悬臂（外伸）轮、简支轮和台车式轮组。 为保证门叶结构上下移动的灵活性，需要在边梁上设置滚轮或滑块，这些行走支承还将闸门上所承受的水压力传递到埋设的门槽内的轨道上。
5）吊具 用来连接启闭机的牵引构件。平面闸门的吊耳一般均设在闸门门叶主体结构上端的顶横梁上，根据结构尺寸大小和形式可直接焊固在顶梁上或单独制造，然后在现场焊固。
6）止水 为了防止闸门漏水，在门叶结构与孔口周围之间的所有缝隙里需要设置止水（也称水封）。最常用的止水是固定在门叶结构上的定型橡皮止水。装设在闸门门叶主体上密封孔口的止水装置一般均为特殊制造的可压缩耐磨橡胶制品，就其布置部位分为顶止水、侧止水和底缘止水。各止水的接头部位衔接处均在现场配装时进行热胶合处理，以保证周围止水的效果。
川公网安备: 51019002004831号