文明的发展和进步可以说与小麦的历史连在一起。早在有历史记载前，人类就种植小麦。1948年，芝加哥大学的考古学家证明小麦的种植起源于中东土壤肥沃的新月形地带。小麦是谷物中最重要的，世界上靠小麦作为食品的人多于靠其它任何食品生活的人。世界上70%以上的可耕地种植粮食，小麦占地最多，高于22%。一年中每个月，世界上都有一个地区收获小麦[1]。

小麦面筋除了在食品行业应用广泛外，在其它行业的应用亦得到蓬勃发展，如医用胶囊；发胶等化妆品；香烟的过滤嘴；鱼虾的饲料；可降解可重新利用的绿色粘贴剂；水泥制造中亦可加入面筋，因为其与Ca交联而增强了水泥的粘合性和防水性；环境保护工作者可将其作为处理废水的固化物[2]。

目前国内外还没有该种设备，面筋的生产过程全部为手工作业，工作环境十分的恶劣，急需得到改进。整个面筋的生产过程共包括：面筋的绕制在形、水煮、挑选清理、包装等。在这些生产过程中，以面筋绕制成形的工作量最为大，生产条件最为恶劣。这一生产过程为生产工人手拿夹持筷将剪成段的生面筋缠绕在筷上，整个生产过程工人的手须不时的浸入生面筋的保护液中（保护液为稀氯化钠溶液，即稀盐水）。人的手在无防护的情况下，长时间的与稀盐水接触，将很大程度上地伤害我们的皮肤。但如若在生产过程中加带防护手套作业，以将出现一系列影响生产的问题，使生产操作和灵活性不能适应生产。工人的操作将变得笨拙，在取生面筋时也时常批滑，从而影响生产率和生产质量。由于以上诸多原因，所以操作工人生产时必需徒手生产。然而在如此恶劣的生产环境下，只有相当少一部分工人的手能适应。绝大部分的人都是工作一段时间后就不能再从事生产。

因此若能设计一部机器来代替或部分代替水面筋操作工人的这一生产过程将是一个很好的想法。

当前关于面筋及面筋相关的产品越来越多,但由于面筋本身的高粘结性和高弹性，机械成形难度很大，现行的螺旋管形水面筋成形都为手工制作,尚未曾搜索到一例面筋成形机产品或研究论文。因而本课题研究当属首创。

面筋成形机的设计共分三部分的设计：1、面筋坯片导出装置的设计，2、面筋切断装置的设计，3、面筋卷绕装置的设计。这里的设计说明主要是关于面筋坯片导出装置以及面筋切断装置的设计。

设计的总体思路是为生产实践服务的，设计好的面筋成型机可直接用于工业生产，具有很高的市场价值。

全套文件这个只截图了装配图如果有需要可以详细咨询QQ：414951605

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内容简介：: 一、毕业设计的目的1、通过毕业设计培养学生综合运用所学基础课和专业课的知识来分析和解决问题，培养工程技术人员所需要的基本素质。2、巩固、深化和扩大学生所学基本理论、基本知识和基本技能。3、使学生受到高级技术人员素质的综合训练。例如：调查研究、查阅文献和收集资料的能力；计算机和电工电子技术的应用能力；实验、研究能力；技术经济分析和组织工作能力；总结提高、撰写论文和设计说明书的能力等。4、参与社会生产和学校科研及实验室建设工作，培养学生的社会责任感。5、培养学生的创新能力和团队精神，树立良好的学术思想和工作作风。二、主要设计内容1、结合工程情况，进行闸门选型2、平面钢闸门的结构布置3、门叶结构设计4、行走支撑设计5、止水布置6、门槽及埋件的布置计算7、启闭力、吊耳计算三、重点研究问题在平面闸门中，门叶结构的布置、设计计算；相关零部件的设计计算；闸门施工详图的绘制。四、主要技术指标和主要设计参数某水电站的进水口出口处事故兼尾水检修扎闸门。基本资料：设置地点电站进水口出口孔口性质潜孔孔口尺寸（宽高） 10.79.1m底坎高程 454.55m正常蓄水位 488.00m下游设计洪水位 479.40m正常尾水位 469.10m最低尾水位 468.20m设计水头 19.8m水容量 1.0103kg/m3门叶结构材料 Q345B五、设计成果要求1、设计计算说明书一份，字数要求不少于一万字；2、工程绘图量不少于折合成图幅为Ao图纸2.5张；3、开题报告中所引用的文献不少于10篇；4、外文翻译资料要求与本课题有关并不少于3000字5、积极应用先进设计技术进行计算和绘图。六、其他实习时间：2011年3月7号3月20号实习地点：三门峡市实习单位：新华水工机械有限公司、三门峡水电站实习目的：使同学们对毕业设计课题有进一步了解和更加具体直观的体会，能在做毕业设计时有一个清晰的思路和认识,通过参观学习我们能从中学到一些实践性的知识，把我们学过的理论知识在实践中深入、升华，对设计流程有实际的感受，并且在实际中开阔我们的眼界丰富我们的认识！实习说明：本次实习是针对大四学生毕业设计而进行的一次学习参观性实习，是学校对毕业设计而精心准备的教学计划，对这次实习我们有很大的热情和激情，通过这次实习我获得了很多实践知识，见识了很多理论中的东西，这次实习可以说是收获良多，感受非凡。三月七号我们开始了大四的毕业设计实习，依次前往新华水工机械有限公司、三门峡水电站等单位参观学习！三月八号，我们坐车前往三门峡水电站，据说这是中国第一座水电站！在水电站我们参观了发电机组、闸门、水坝、起重机等基础设施。我们设计的课题是平板定轮闸门，在水电站见到的也是平板定轮闸门，他贯穿整个坝体，隔断河水，由起重机来起升降落，用来蓄洪和泄洪，拦截洪水，控制流量。整个闸门由门叶、埋固部分和启闭机械组成。其中，门叶包括：承重结构、行走支撑、支臂、支铰、止水装置、吊耳等。埋固部分包括：轨道、铰座、止水座、护角等。常用的启闭机械有：卷扬机，油压机、螺杆机和移动式机械。三门峡水电站位于河南省与山西省交界，水电站上的界碑将大坝从中间一分两家，有一步跨两省之说，在水电站我们还见到了中流砥柱、水晶宫等。来到坝顶，工人们正在检修起重机，它便是负责吊起闸门的机械。在坝顶，俯视黄河，河水碧绿清澈，坝区风景秀丽，这便是水电站的巨大作用，对比修建水电站之前的黄河照片，万里黄河在这里开始发电、蓄水、灌溉。水坝最高达一百零五米，仰望如天堑一般，将黄河拦腰截断，这也应该是当时人的又一大伟大工程。虽然对这个工程我们都没有任何关于这方面的专业知识可以去理解他，但无论谁都会为他而折服，若是现在的三峡，因为我们有技术的支撑，对比当年的三门峡，不能不说这是奇迹的创造！三月九号，在新华水工机械有限公司，我们继续了解闸门的结构和设计，很荣幸，我们这次看到了设计图纸，并被允许拍照！工人们紧张有序地进行着，我们来到一个即将完工的闸门边，今天我们的任务就是对这个闸门进行仔细又深入的研究，这个闸门有十三米高，共有七个门叶，这样便于安装运输和制作加工，在技术人员的讲解下，我们对闸门的制作流程，制作注意事项都有了了解。随后我们在会议室看到了很多关于闸门的图纸，在技术人员了讲解后我们对设计闸门有了一定了解。随后前辈们讲述了他们对于人生和职业的经历和经验，在其中我们听到了很多关于前辈校友的人生经历，学到了很多知识。在大家的共同努力下，仅用了两个小时的时间我们就完成了对闸门设计图纸的理解！（附图两张）关于水电站闸门，都由数目不等的门叶组成，一些大的闸门可由十多个门叶组成，根据要求不同，闸门的高度也不一样，在设计时要充分考虑具体情况对闸门的要求，根据国家标准设计。在钢闸门设计规范设计中结合运行良好的已建工程实例提出解决问题的详细措施方法，供业内人员试验参考。焊缝的布置应尽量对称于构件的重心。确定闸门制作所依据的主要标准和规范为：不得任意加大焊缝，并应避免焊缝立体交叉和在一处集中多条焊缝。通常可从各种方式避免，以尽量避免或减轻不利影响，若水流条件复杂，应专门进行钢闸门模型试验研究。对于闸门承重构件和连接件，应验算正应力和剪应力。具体要根据设计的河流参数确定设计参数！设计时要先把设计参数计算出来，对闸门类型，整体参数有清楚地概念，在设计时要有计算、设计、校核、计算、再设计、再校核的耐心！总之设计过程是加耐心和细心！三月十号我们来到设计院，在这里我们拿到了他们设计的很多水电站闸门的图纸，非常详细，非常具体，还有研究院的技术员给我们做专门的讲解，图纸内容涉及闸门、起升机构，各个重要部件的图解。而且，有一套图纸就是我们要设计的检修闸门，虽然对于闸门的设计我还没有清晰的概念，但在看到我们要设计的成品时仍然很庆幸。作为设计专业的一名学生，我们离设计实践确实是太远了，要设计什么样的东西，在我没见到真实的闸门之前一切都只是不可想象的，而在见到真的闸门后似乎要设计这样的闸门没有努力和经验也是不能完成的，而我们就是要设计这么一个闸门，现在感觉似乎真是一件难事，我一直在反复思考我该怎样设计这个闸门呢！前辈们说“设计不是一天两天的功夫，有些设计人员他们所负责的也只是设计整体中很小的一部分，你若想成为很好的设计者就不能只对这一小部分熟悉，应该在平时多涉及一些其他的设计课题，这样才不至于被淘汰和埋没”！对我们而言，这也许只是激励和警告的一些话，但对我们的以后而言这是忠告和良训。三月十号，我们的三门峡之行在今天结束了，五天的实习，我们获得的不只是经历，还有经验，是对闸门设计的认识与理解。每一次实习我都会有不同的收获，与其说是实习不如说是去见识，因为我们所见到的很多东西都是我们以前没有见过的，在我们每一次的实习当中我们渐渐地获得了知识、智慧和阅历。短短的五天之旅在人生乃至一学期都只是短短的一幕，但却是最难忘的，它对我们的影响也是很深刻的！对于实习，长长的开始，快快的结束，短短的五天，我多学到的很多，关于水电站的，关于闸门的，关于设计的，关于人生的，我们为毕业设计而去实习，实习中尽管有很多不完美，但是我们的收获又何止于毕业设计这一个目的，这其中的经历必定受用无穷，我们的认识也会更进一步，毕业设计，需要我们来努力！学生姓名学号专业机械设计制造及其自动化课题名称平板定轮闸门设计课题来源模拟任务要求通过本次毕业设计，学生可以掌握关于平面闸门的主要设计内容和方法，锻炼学生综合运用所学的基础知识，对毕业后走向工作岗位，解决实际问题有所帮助，在设计中各零部件选用依据、详细计算过程按要求写出设计计算说明书一份，绘制设备图一张，其余代表性零件绘制满足毕业设计要求。根据设计任务书要求，每一个同学是对所设计的题目都要经过认真仔细的实习、调研，对闸门设计形成一个总体印象，设计时可以从整体把握，从零部件到整体依次进行。重点研究问题在平面闸门中，门叶结构的布置、设计计算；相关零部件的设计计算；闸门施工详图的绘制。设计内容1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。主要用于关闭和开放泄（放）水通道的控制设施。水工建筑物的重要组成部分，可用以拦截水流，控制水位、调节流量、排放泥沙和飘浮物等，它由活动部分（也称门叶）、埋固部分和启闭机械3部分组成，闸门分类方法较多，主要有：按闸门的工作性质可分为工作闸门、检修闸门和事故闸门，我们所要设计的便是检修闸门。检修闸门设于工作闸门前，用于建筑物或工作闸门等检修时短期挡水，一般在静水中启闭。平面闸门简介按总体布置分为组合式（门槽、门叶与操作设备组成一整体）和分散式（由门叶、门槽和启闭机组成，操作时门叶可提出门槽）；按闸门门叶组装形式分为整体门叶式和分节组成门叶式；按闸门门叶的支承方式分为滑动支承式和滚动支承式；按闸门门叶止水位置分为上游止水式和下游止水式；按闸门门叶运行移动状况分为直升式、升卧式、横拉式和浮箱式等。此外，还有其他的分类方式（见闸门）。门叶结构由门叶主体、支承、止水装置和吊耳四个部分组成（图1）。门叶主体一般由面板、主横梁、边梁（柱）和次梁组成有面板的梁格结构。设计水压力通过板梁支承传至门槽埋件，分节的闸门门叶一般都在边柱处连接。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。滑动支平面闸门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（图2）。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。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。埋设构件由门叶的支承轨道、止水密封（座垫）、移动导向垫板和护角组成。门槽的体型分为：矩形方角门槽，一般适用于低流速；矩形错距斜坡门槽，适用于中流速；特形门槽，适用于高速水流。门槽形状由模型试验确定,以使在门槽部位不产生空蚀或磨蚀（图3）。潜孔式闸门顶止水座板部位一般称门楣。根据闸门的工作性质在门楣以上设有一定高度的钢板胸墙，它是埋设结构的重要组成部分，其他如主轨、反向轨、底坎等都是埋设件。启闭设备闸门门叶运移(开或关)的操作机械。根据平面闸门的操作特点及孔口尺寸，分为：操作平面闸门设备直接与闸门门叶连接并固定在门槽（埋设件）上，形成一个整体（如闸阀、截门）；启闭机固定或移动于建筑物上，远离闸门门叶，通过吊具与门叶连接。启闭设备据以选型的主要参数是启闭力和升降扬程。当平面闸门门叶自重不能克服下门阻力顺利关闭时，可采用加重块，借助水柱压力或直接由启闭设备加压迫使关闭。平面闸门布置紧凑，制造较易，使用安全可靠,维修方便,广泛用于各类水工建筑物及其他场合。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水利闸门分类我们将水利闸门进行如下分类： 1、如果按闸门的工作性质可分为工作闸门、检修闸门和事故闸门。工作闸门也称主要闸门，能在动水中启闭。检修闸门设于工作闸门前。用于建筑物或工作闸门等检修时短期挡水，一般在静水中启闭。事故闸门多设于深孔工作闸门前，用于建筑物或设备出现事故时，能在动水中关闭而在静水中开启；兼作检修闸门时，也称事故检修闸门；需要在限定时间内紧急关闭的事故闸门，称为快速闸门。 2、如果按闸门关闭时门顶与水面的相对位置分为露顶式闸门和潜孔式闸门。 3、当我们按闸门门叶的外观形状分为平面闸门、弧形闸门、人字闸门、拱形闸门、球形闸门和圆筒闸门等。 4、按制造闸门门叶的材料分为钢闸门、铸造闸门、木闸门、钢筋混凝土闸门和组合材料闸门。对于翻板闸门可借助水力自动启闭，称为水力自动闸门。当我们在选择闸门形式需要考虑其在水工建筑物中的位置、尺寸、设计水头、运用条件、制造能力和安装技术水平等因素，要求做到泄流时水流条件好、止水严密、启闭力小、操作简便灵活、检修维护方便等。平面闸门和弧形闸门是最常用的门型。词条图册更多图册设计内容21、.首先根据已知参数，经过分析各种闸门的特点，对闸门进行选型布置。闸门的造型与不知，主要是确定闸门与启闭机械的设置位置、孔径尺寸、闸门与启闭机的形式、数量、运行方式及运行检修有关的布置要求。闸门结构应该简单、便于制造、安装。闸门的门型应根据工程队闸门的运行要求、闸门设置部位和启闭机的形式，参照各种闸门的特点，通过经济技术比较选定。2、.门体布置。门体布置是根据闸门的形式、孔口尺寸和材料来选取合理的门叶结构、零部件的形式和布置。门体布置应注意闸门的结构简单、安全可靠、节约材料及便于制造、运输安装于运行维护等方面的要求。零部件种类尽可能少，尽可能采用标准化产品。3、门体布置完后，就可以进行闸门结构和零部件的设计计算。根据可能发生的最不利的和在组合情况和选定的结构、零部件布置和材料，确定载荷分配，然后进行各个部分构件和零部件的设计计算。一般先选择规格，在进行强度、刚度、稳定性验算。4、闸门结构计算模型主要还是采用平面体系，即把一个空间承重结构划分成几个独立的平面系统分别进行分析计算。闸门承重结构在分成平面系统时，需要考虑各构件的相对刚度和这些构建的变形情况，同时考虑整个结构的变形情况，使计算方法尽可能符合结构的实际受力情况。5、有关设计计算完成后，进行施工图的绘制。施工图的绘制中应注意闸门总体尺寸和布置与建筑物有关部位之间、闸门门叶部分各构件之间的配合；各构件的界面尺寸、跨度及相邻构件在外形尺寸和连接上的配合;各构件本身的截面构造及零部件的加工精度和热处理等。6、有能力的同学可以尝试熟悉 ansys软件在结构分析中的应用，利用ansys软件对结构的相关部件进行有限元分析。本次设计课题的意义从闸门发展到现在，他的设计已经和其他诸如零件设计一样有自己的标准和设计准则，细看闸门的用途，我们了解最多的认识最清晰的要数这次实习见到的水电站闸门，但是闸门的使用却不只局限于此，其他诸如船舶等。三峡作为水电站也是要使用闸门，在这些重大建设中闸门关系到整个建筑的坚固和可靠，在设计之时就要求设计人员本着敬业精心的态度去完成每一个环节和做好每一个计算。闸门失效的严重性不必多讲，闸门的使用不会随着社会的发展而消失，它会随着社会的发展发挥出更大的作用，未来对于闸门的要求将更加严格，那么我们就需要更加负责的态度去面对！预期的成果及形式1、一份不少于3000字的开题报告2、一份不少于3000字的外文翻译3、一份不少于10000字的设计说明书4、折合成图幅为A0图纸2.5张的绘图时间安排第12周确定设计任；，安排毕业设计进度；了解课题内容，查找相关资料，搜集整理信息第34周做毕业设计实习；完成实习报告，开题报告，对设计内容进行熟悉第56周完成外文翻译；按分组要求的不同，完成设计的相关选型、布置、整体及零部件的全部设计计算第7周进行相关的计算分析第811周完成全部图纸的绘图设计工作第1213周整理毕业设计说明书、整改图纸第14周毕业答辩指导教师意见签名：年月日备注主要参考资料1.范崇仁水工钢结构设计中国水利水电出版社2. 河海大学水工钢结构水利电力出版社3. 严大考结构力学与钢结构黄河水利出版社 4.刘细龙陈福荣闸门与启闭设备中国水利水电出版社 5.机械零件设计手册冶金工业出版社6. 水电站机电设计手册（金属结构一）7. 电力工业标准汇编水电卷（金属结构）部分水利电力出版社8. 水利水电工程钢结构闸门设计规范9. 河海大学水电学院水工钢闸门分册水利水电出版社 10. 水利水电钢闸门制造安装及验收规范62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。！所有下载了本文的注意：本论文附有CAD图纸和完整版word版说明书，凡下载了本文的读者请留下你的联系方式（QQ邮箱），或加QQ 83753222，最后，希望此文能够帮到你！AbstractOne 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IAbstractII1 绪论11.1闸门的作用11.2闸门的分类11.2.1 按闸门的工作性质分类11.2.2按闸门结构类型分类11.2.3按孔口性质分类21.2.4闸门的使用材料分类31.3平面钢闸门的组成41.3.1门叶结构的组成41.3.2埋设构件51.3.3闸门的启闭设备62 设计工况和主要的设计参数73 闸门的结构布置83.1闸门的选型83.2平面闸门的结构布置93.2.1闸门的尺寸选择103.2.2闸门的分节103.2.3支承跨度103.2.4闸门材料103.2.5梁格形式选择103.2.6总水压计算114门叶结构计算144.1主梁的布置144.1.1主梁的数目144.1.2主梁的位置144.2面板的设计154.3水平次梁的设计164.3.1载荷和内力计算174.3.2截面选择184.3.3强度验算204.3.4挠度验算204.4主梁设计204.4.1主梁的形式204.4.2主梁的荷载214.4.3截面选择214.4.4主梁的截面特性计算224.5顶梁设计244.6竖直次梁设计254.6.1截面选择254.6.2内力计算254.6.3截面特性计算264.6.4强度计算274.7边梁设计284.7.1边梁所受荷载284.7.2截面特性294.8中节及底节门叶结构304.8.1中节门叶结构304.8.2底节门叶结构315闸门的零部件设计325.1行走支撑装置325.2起吊轴及其计算335.3启闭力计算345.3.1闭门力计算345.3.2启门力计算355.4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541 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。1.3.2埋设构件由门叶的支承轨道、止水密封（座垫）、移动导向垫板和护角组成。门槽的体型分为：矩形方角门槽，一般适用于低流速；矩形错距斜坡门槽，适用于中流速；特形门槽，适用于高速水流。门槽形状由模型试验确定,以使在门槽部位不产生空蚀或磨蚀。潜孔式闸门顶止水座板部位一般称门楣。根据闸门的工作性质在门楣以上设有一定高度的钢板胸墙，它是埋设结构的重要组成部分，其他如主轨、反向轨、底坎等都是埋设件1.3.3闸门的启闭设备启闭设备是闸门门叶运移(开或关)的操作机械。根据平面闸门的操作特点及孔口尺寸，分为：操作设备直接与闸门门叶连接并固定在门槽（埋设件）上，形成一个整体（如闸阀、截门）；启闭机固定或移动于建筑物上，远离闸门门叶，通过吊具与门叶连接。启闭设备据以选型的主要参数是启闭力和升降扬程。当平面闸门门叶自重不能克服下门阻力顺利关闭时，可采用加重块，借助水柱压力或直接由启闭设备加压迫使关闭。对于小型闸门，常用螺杆式启闭机，对于大、中型闸门常采用卷扬机启闭机或油压机式启闭机。2 设计工况和主要的设计参数紫兰坝水电站是白龙江干流梯级开发规划的最后一个梯级水电站，其主要任务是发电。枢纽建筑物布置为左岸河床五孔泄水闸，右岸河床是电站引水发电。及左右岸混凝土副坝。电站以发电为主，兼有改善下游航运等综合效益。电站共安装三台贯流式水轮发电机组，单机容量为34MW，总装机容量102MW。紫兰坝水电站引水发电系统的出口有三孔尾水门埋件，三扇尾水门。本次设计的是水电站进水出口事故门兼尾水检修闸门。基本设计资料：设置地点电站进水出水口孔口性质潜孔孔口尺寸（宽高） 10.79.1m底坎高程 454.55m正常蓄水位 488.00m下游设计洪水位 469.10m最低尾水位 468.20m止水尺寸（宽高）按事故检修闸门 10.859.2m按尾水门 11.119.33m设计水头事故检修门 19.8m尾水门 24.85m支撑跨度 11.61m水容量 1.0103kgm3门叶结构材料 Q345B运行条件动闭静启注：本闸门的事故门水头是考虑488.00-468.2=19.8m的不利工况，这种情况是机组出事故时，需闭门档上游水，此时下游水位处于最低尾水位状态，尾水门水头是考虑479.40-454.55=24.85m的不利情况，这种情况实在汛期时机组出事故需闭门，流道里的水抽干后门挡水。3 闸门的结构布置3.1闸门的选型闸门的选型与布置，主要是确定闸门与启闭机的设置位置，孔口尺寸、闸门与启闭机械的形式、数量、运行方式和检修有关的布置要求等。闸门设计还应提倡创新精神，要积极慎重地采用新技术、新材料、新门型、新结构、新工艺，力求闸门设计经济合理、技术领先、安全可靠、运用方便，从而使工程最大限度地发挥经济效益和社会效益。闸门选型布置只有经过反复论证拟定后才能顺利地进行闸门的结构布置和结构计算。闸门的设置位置，应特别注意闸门水力学问题，应使水流平顺，流态良好，避免门前横向流和漩涡的发生，在门后则应避免出现淹没出流与回流。对重要的闸门或水流条件复杂的闸门，应对运行中可能产生的空蚀、震动、启闭力和磨损等作专门的研究，从透气孔的设计、门槽体型、止水形式、胸墙相关尺寸和操作方式等方面采取有效的措施，以避免或减轻其不利影响。闸门孔口尺寸应满足过流能力或过船、过木、排冰或排沙的要求，还应考虑水工建筑物结构的情况及闸门本身的结构、材料、启闭设备、制造技术等。孔口尺寸宜按闸门孔口和设计水头系列标准选取，使闸门生产逐步走向标准化，以利于制造、安装、运输和维护。一般来说采用大孔口尺寸闸门是比较经济的。闸门应结构简单，便于制造、安装。并应符合当时当地的施工技术水平和条件，闸门自重和启闭力要小，操作要简便灵活，降低造价。此外闸门的选型和布置还应考虑启闭机、门叶的运输尺寸和重量、安装吊运的方法和措施，在寒冷地区，还应考虑气温的影响，采取加热等措施避免闸门承受冰的静压力。平面直升闸门和和弧形闸门是应用最为广泛的两种闸门，以此为例对这两个闸门进行比较说明。平面直升闸门是用的最为广泛的一种门型，因为它能满足各种类型泄水孔道的需要。它有如下特点：1）可封闭相当大面积的孔口。2）建筑物顺水流方向的尺寸型号小。3）闸门结构比较简单，其制造、安装和运输工作相对来说比较简单。4）门叶可移动至其他孔口，便于检修维护。5）门叶可在孔口间互换，故孔口较多时可兼做其他孔的事故门或检修门。6）门叶可沿高度分成数段，有利于排冰排沙，也可以减轻启门力。7）闸门的启闭设备比较简单，对移动式启闭机的适应性较好等。8）潜孔式平面闸门有时可利用水柱压力闭门，减少门重或配门。平面直升闸门的缺点如下：1）需要较高和较厚的闸墩。2）具有影响水流的门槽，特别在水头较高的情况、门槽的存在会带来很多的不利。3）所需启闭力较大，故需选用较大的启闭机等。弧形闸门也是用的最为广泛的一种门型，因为它也能满足各种类型泄水孔道的需要。它的优点如下：1）可封闭相当大面积的孔口。2）所需闸墩高度和厚度较小。3）没有影响水流流态的门槽。4）所需启闭力较小。5）埋设件较少等。弧形闸门的缺点如下：1）需要较长的闸墩。2）闸门所占的空间位置较大。3）不能提出孔口以外进行检修维护，不能在孔口间互换。4）闸门承受的总水压力集中于支座处，对土建结构要求较高。综合设计工况和参数，以及各门型的优缺点考虑，选取平面直升闸门。3.2平面闸门的结构布置平面闸门结构布置的一般原则：平面闸门梁格宜采用等高连接，并考虑制造、安装、运输和防腐等方面的要求。平面闸门可按孔口形式及宽高布置成双主梁或多主梁形式。主梁布置考虑下列因素：1）主梁宜按等高荷载要求布置。2）主梁间距应适应制造、运输和安装的条件。3）主梁间距应满足行走支撑布置的要求。4）底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的要求。工作闸门和事故闸门下游倾角应不小于30；当闸门支承在非水平底褴上时，其夹角可适当增减。当不能满足300要求时，应采取适当补齐措施。对于部分利用水柱的平面闸门，其上游面倾角不应小于450，宜采用600。3.2.1闸门的尺寸选择根据闸门的基本设计资料，按水利水电工程钢闸门设计规范选取闸门尺寸。为满足密封止水可靠的要求，当该闸门选取尺寸（宽高）为：11.119.33m。3.2.2闸门的分节鉴于闸门尺寸较大，设备自重大，运输困难等特点。因此，在制造、运输、安装等环节都需要研究和考虑吊运和制造加工的可行性，铁路运输上部超限，由轨面起高度不超过3600mm，所以闸门需要分节，底节、中节高度均为3.3m，按事故闸门分节顶节为2.6m，按尾水门分节为2.73m。3.2.3支承跨度根据水利水电工程刚找咱们设计规范选取d=0.25m，因此，闸门的支承跨度L=l0+2d=11.11+20.25=11.61m。3.2.4闸门材料在设计闸门的承重结构和零部件时，应从工程的实际情况出发，合理选取材料，当闸门孔口尺寸较大时，要控制闸门的重量，降低设备或建筑物的总造价，承重结构可采用高强度材料。参照机械零件设计手册选取材料Q345B钢，可查其容许应力：，根据闸门与启闭设备可知梁溪容许挠度：主梁：次梁： 3.2.5梁格形式选择梁格的连接形式是指面板、水平次梁、竖直次梁、主梁之间相互位置的形式。目前普遍采用的有等高连接和降低连接两类类型。等高连接的特点是水平次梁，竖直次梁和主梁的前翼缘都直接与面板焊接相连也称齐平连接。它的优点是梁格与面板可形成牢固的整体，整体刚度好，面板为四边支承，受力条件好，面板可作为梁截面的一部分参与梁格的抗弯工作，从而减少梁格的用钢量。这种连接的缺点是在水平次梁与竖直次梁相交处，水平次梁需要断开，构件多，施工复杂。降低连接是主梁和水平次梁与面板相连，而竖直次梁降到水平次梁的后面，使水平次梁可在面板与竖直次梁之间穿过而成为连接梁，此时面板为两边支承。但面板仍可作为主梁及水平次梁的一部分，参与它们的抗弯工作。综合考虑，在此选取等高连接形式。3.2.6总水压计算闸门的主要荷载为净水压力。闸门处于封闭孔口的位置挡水时，作用在闸门挡水面上任何一点单位面积上的静水压力与该点在水面以下的深度成正比。压力方向则垂直该挡水面。 1）按事故检修闸门计算事故闸门两端都有水，高水头采用等压计算，详见图（一）。总水压计算公式：水压力中心线位置：其中，H1为上游水头，取33.45m，H2为下游水位，取13.65m，BZN为闸门两侧止水的间距，取10.85m，h为闸门高度，取9.2m，为水容量，一般对淡水可取，对含砂水可按实验确定，本次设计取1.05.下面的符号与之意义相同。代入公式：P=209.210.851.05=2096.22tHc=H1-0.5h=4.6m 压力在各节的分布情况计算顶节： =1.05202.610.85 =592.41 图（一）中节： =1.05203.310.85=751.91t 底节： =1.05203.310.85 =751.91t 2)按尾水闸门计算（如图二）总水压力计算公式：水压力中心线位置：其中，H1取25,h取9.33m， BZB取11.11m，取1.05。代入公式：图（二） =0.51.05（50-9.33）9.3311.11=2213.24t =24.85- =4.31m水压力在各节的分布情况计算尾水门梯形承压由于事故闸检修闸门是等压荷载，单位面积承压20t,与尾水闸门的单节单面积承压相比较，取两个中较大的，最终的承压布置图如下。图（三）4门叶结构计算4.1主梁的布置4.1.1主梁的数目主梁是闸门的主要受力构件，其数目主要取决于闸门的尺寸。当闸门的跨度L小于门高时，主梁的数目一般多于两根。反之，当闸门跨度较大，而门高较小时，主梁的数目减小到两根。由于本节门叶的跨度大于门高，故主梁数目选两根，即选双主梁式结构。4.1.2主梁的位置露顶式的双主梁平面闸门，主梁应布置在静水压力合力线上下等距离的位置上，主梁沿闸门高度的位置，一般是根据每个闸门承受相等水压力的原则来确定的，这样，每个主梁所需的截面尺寸相同，便于制造。以下以数解法为例计算主梁位置。对于潜孔式闸门，其主梁位置可按下式计算：式中； a水面至门顶止水的距离； H水面至门底的距离； n主梁的数目； yk第k根主梁至水面的距离；其中，n为2，H取18.25，a取15.52代入式中：根据计算结果，为制造方便，主梁的位置与梁格的间距略有微调，闸门门叶结构布置如下图：图（四）4.2面板的设计平面闸门的面板一般做成平面，也有做成波浪形或拱形的，面板与梁系连接在一起，而使闸门有很大的刚度，面板一般设在闸门的上游面，如此可避免梁系和行走支撑淹没在水中，也可以减小门底过水而引起的震动。在采用下游止水、静水启闭的检修闸门，为了设置止水的方便及提高止水效果，面板可设在下游面。本次设计的闸门即为下游止水。为了结构布置和制造方便，一扇闸门的面板厚度经常只采用一种规格。但当门的高度较大而闸门分节，则考虑沿门高按水头的大小而改变面板厚度。为了充分利用面板的强度，梁格布置时宜使面板的长短边比（b/a）大于1.5，并将长边布置在沿主梁轴线方向。当面板与主（次）梁相连接时，应考虑面板一部分宽度参与主（次）梁翼缘工作。面板的局部弯曲应力，可视支承边界情况，按四边固定（或三边固定一边简支或两相邻边固定、另两相邻边简支）的弹性薄板承受均布荷载计算。验算面板强度时，应考虑面板的局部弯曲应力与面板兼做主（次）梁翼缘的整体弯曲应力相加成的折算应力。根据SL7495钢闸门设计规范关于面板的计算，先估计面板厚度，在主梁截面选择后在验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。估算面板厚度初选面板厚度按以下公式计算：式中：k弹塑性薄板支撑长边中点弯曲应力系数； P面板计算中心的水压强度N/mm2; a计算区格的短边长度，mm；弹塑性调整系数；钢材的抗弯容许应力，N/mm2.当b/a3时，=1.65当b/a3时，=1.55其列表计算如下：区格a(mm)b(mm)b/akyP(N/mm2)（mm）52019353.7210.750 0.200 0.38711.90946219354.1880.500 0.200 0.3168.63945019354.3000.500 0.200 0.3168.41545019354.3000.500 0.200 0.3168.41564819352.9860.740 0.200 0.38514.288注：区格、中系数k由三边固定一边简支查得。考虑到面板1mm的腐蚀量，面板初选厚度为15mm。4.3水平次梁的设计在等高连续的梁格中，水平次梁遇竖直次梁断开，因此水平次梁按承受均布荷载的简支梁计算。在等高连接的梁格中多用实腹隔板代替竖直次梁，以及在降低连接的梁格中，水平次梁连续地支承在隔板或竖直次梁上，此时水平次梁可按承受均布荷载的多跨连续梁计算。水平次梁的常用截面形式：承受荷载不大的水平次梁，可用等边或不等边的角钢制造。荷载较大时，采用槽钢和工字钢或组合截面。角钢和槽钢的肢宜向下，以防积水和积尘。一个钢闸门的型钢规格不宜超过23种，以便于加工制造。4.3.1载荷和内力计算水平次梁和顶梁都是连续两3，按相邻间距和之半方法计算每根梁上的线荷载，计算式为：计算结果如下表所示：梁号梁轴线处水压强度p()梁间距（m）（）(顶梁)157 0.260 40.820 520162 0.491 79.540 462 167 0.456 76.152 450 172 0.450 77.400 450 176 0.226 39.600表中主梁荷载为将主梁视为次梁的计算数据，不作为主梁结构计算依据。根据上表计算结果，作水平次梁的计算简图如下，水平次梁计算荷载取。水平次梁为六跨度连续梁，跨度为1.935m。均布荷载的等跨连续梁内力及挠度计算公式如下：弯矩计算：剪力计算：挠度计算：弯曲时的边跨跨中弯矩：支座B处弯矩为：剪切力为： q=80kN/m图（五）4.3.2截面选择面板参与次梁作用的有效宽度按以下公式计算，并取最小值：其中b为主次梁间距；为有效宽度系数；为面板厚度；b1为梁肋宽度。按4号梁计算，b=450mm,确定有效宽度系数时需要知道弯矩零点之间的距离l0与梁间距b之比，对于正弯矩段，取lo=0.7l=0.71935=1354.5mm,对于负弯矩段取lo=0.4l=0.41935=774mm.根据lo/b之值查表可得对lo/b=1354.5/450=3.01，取=0.84，得B=b=0.84450=378。对lo/b=774/450=1.72,取=0.48，得B=b=0.48450=216。水平次梁采用工字型组合截面如图图（六）截面特性计算如下：A=16016+16200+21615=5760+3240=9000mm2截面形心距：=231-123=109mm截面惯性矩：截面静矩：截面抵抗矩：上翼缘顶边处：下翼缘底边处： 4.3.3强度验算由于支座B处弯矩最大，而且截面模量较小，故而需要验算支座B处截面的抵抗弯矩。弯应力计算： 4.3.4挠度验算受均布荷载的等跨度连续梁,最大挠度发生在边跨。由于水平次梁在支座B处截面的弯矩已经求得，则边跨挠度可近似地按下式计算：最大挠度故水平次梁所选截面尺寸满足刚度和强度要求。4.4主梁设计4.4.1主梁的形式主梁是平面闸门中的主要受力构件，根据闸门的跨度和水头大小，主梁的形式有轧成梁、组合梁和桁架。轧成梁用于效跨度低水头的闸门。对于中等跨度（510）m的闸门常采用组合梁，为缩小门槽宽度和节约材料，常采用变高度的主梁。对于大跨度的露顶闸门，主梁可采用桁架形式。桁架节间应取偶数，一边闸门所有杆件都对称于跨中，并便于布置主桁架之间的联结系。为了避免弦杆承受节间集中荷载，宜使竖直次梁的间距与桁架节间尺寸相一致。本闸门由于闸门跨度较大，水头较高，故采用组合截面梁。4.4.2主梁的荷载主梁除承受竖直次梁传来的集中荷载外，还受到面板直接传来的分布荷载，为了简化计算，可以近似地将作用在主梁上的荷载换算为均布荷载，并按简支两计算，现对主梁的计算结果如下：其荷载为：p=296.205t计算弯矩图如右：图（七）4.4.3截面选择当主梁所承受的最大弯矩不超过500kNm时，可考虑采用型钢作为主梁。若型钢强度不够，可在其翼缘加焊扁钢给予增强。采用型钢可以简化制造，降低成本。当型钢不能满足受力要求时，可采用由钢板焊接而成的主梁组合梁。组合梁有截面和变截面两种形式，一般当跨度较大时采用变截面组合梁较为经济合理。组合梁截面尺寸的选择必须考虑到适用，安全与经济等诸方面的要求。本次设计采用等截面的组合梁。1）弯矩和剪力2)需要的截面抵抗矩A3钢容许应力=205N/mm2,考虑闸门自身的附加应力，取容许应力为=184.5N/mm2,则需要的截面抵抗矩主梁容许挠度。3）腹板高度选择按刚度要求的最小粱高计算公式为：为满足梁自重最轻要求的经济梁高按下式计算由于闸门中的横向隔板重量将随梁增高而增高，故主梁高度宜选的比he小，但不小于hmin,现在选用腹板高度ho=1530mm。腹板厚度选择按经验公式计算:式中及均以cm作计算单位，选用=1.6cm。4.4.4主梁的截面特性计算1）面板参与主梁作用的有效宽度B为且面板参与梁作用宽度查表得=1.00腹板前翼缘宽度为0，面板厚度为15mm。则B=b=549mm又由于B=0+5015=750mm 图（八）取B=550mm。主梁断面图如上图所示：截面积：A=55015+241530+36024=8250+36720+8640 =53610mm2截面形心距：截面惯性矩：截面静矩：强度验算2）挠度验算： =6.12mm，故主梁满足挠度要求。3)稳定性验算：主梁腹板高度与厚度之比ho/=1530/24=63.7580mm，满足稳定性要求，不必配置加劲肋板。面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力从前面的计算可见区格所需的板厚最大，其b/a=1935/648=2.991.5这需按下式验算长边中的折算应力：其中:为对应面板验算点的主梁上翼缘的整体弯曲应力，根据前面计算，区格长边中点处主梁弯矩为：则= = 179N/mm21.1=315.7N/mm2满足强度要求。4.5顶梁设计由于主梁前后翼缘均为面板，垂直方向的承载能力较大，水柱作用下主梁垂直方向的弯矩引起的应力不需要验算，这里只计算顶梁腹板在水柱作用下的强度。按四边固接计算：腹板上水压强度：查表得1.1 顶主梁的截面图如下：图（九）4.6竖直次梁设计在采用等高连接实腹式梁格结构，竖直次梁承受着由其两侧面板传来的水压荷载及水平次梁传来的荷载。为使计算方便，竖直次梁的荷载可简化为三角形或梯形分布的水压荷载，这样简化对竖直次梁的最大弯矩的计算影响不大。对于双主梁闸门，竖直次梁可看做是支撑在主梁上的双支点双悬臂梁。4.6.1截面选择竖直次梁常用的截面形式为型钢或组合工字或T型截面，其截面选择及有效宽度的确定与水平次梁相同。在等高连接的梁格中多用实腹隔板代替竖直次梁，此时，其截面按构造确定。在焊接结构中，隔板不需设前翼缘，而直接与面板和主梁的腹板焊牢，隔板一般设宽度不大的后翼缘。当闸门尺寸较大时，可在隔板桑开孔以减轻门叶重量。如果隔板截面尺寸较大，由静水压力产生的弯曲应力较小，可不进行验算。4.6.2内力计算竖直次梁按承受梯形荷载的简支梁计算，根据分析，主梁1和2之间的竖直次梁段承受的荷载最大，其计算简图如下：图（十）跨中弯矩：支座剪力：4.6.3截面特性计算面板参与梁作用宽度，查表得，可知竖直次梁截面图如右：图（十一）截面积：A=38315+121530+30016 =5745+18360+4800=28905行星轴位置：截面惯性矩：前翼缘抗弯模数：后翼缘抗弯模数：中和轴一侧静面矩：4.6.4强度计算最大弯矩取：最大剪力取：前翼缘正应力为：后翼缘正应力为：中和轴处剪应力为：4.7边梁设计边梁位于闸门的两端，主要作用是支撑主梁，水平次梁以及门背联结系，并在其上安装行走装置（滚轮或滑块）和吊耳。边梁设计与行走制成的布置和形式有关，应同时考虑。边梁的截面有单腹式和双腹式两种形式。单腹式边梁多用于采用滑道式支撑或悬臂式定轮的闸门中。它的特点是：构造简单，便于与主梁连接，但抗扭刚度差。双腹式边梁广泛运用于跨度较大的表孔定轮闸门以及深孔闸门中。其特点是：抗扭刚度大，便于设计轮轴及悬吊轴，但构造复杂，截面内焊接较困难。根据该闸门的尺寸，边梁选用双腹式，边梁的尺寸按构造要求确定，即截面高度与主梁高度相同，腹板厚度与主梁腹板厚度相同，为了便于安装滑块，下翼缘宽度不宜小于300mm。边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情况复杂，因此设计时可将容许应力降低20%作为考虑受扭影响的安全储备。4.7.1边梁所受荷载边梁计算简图如下图（十二）应用理论力学知识计算得：最大弯矩：最大剪力：水柱压力：故在挡水时边梁的轴向压力：4.7.2截面特性边梁截面如下图所示：图（十三）截面面积：截面形心距：截面惯性矩：则：中和轴处的静矩为：强度校核：截面边缘最大应力：0.8故满足安全要求。腹板最大剪力：0.8故边梁满足强度要求。因为边梁侧面受主梁、次梁及面板的支撑，因此其弯矩平面外的稳定性无需校核，所以边梁设计合理。4.8中节及底节门叶结构4.8.1中节门叶结构图（十四）中节门叶结构图图为中节门叶的结构布置，其中，水平次梁布置在主梁中间处，现将主梁、水平次梁和竖直次梁的截面尺寸列与下表：中节闸门腹板厚腹板高后翼缘宽后翼缘厚前翼缘宽前翼缘厚水平次梁162001601623015主梁2415303602453015边梁2015305602084015竖直次梁16153030016484154.8.2底节门叶结构图（十五）底节门叶结构的结构简图。现将主梁、次梁、底梁的具体数据列于下表：底节闸门腹板厚腹板高后翼缘宽后翼缘厚前翼缘宽前翼缘厚水平次梁162001601623115主梁2202153014002475015边梁2015305602056015竖直次梁1615303001660015底次梁2020000170155闸门的零部件设计5.1行走支撑装置平面闸门的行走支撑装置包括主行走支撑装置和侧向、反响支撑庄子三部分。行走支撑装置应能在闸门升降连续不断地工作，同时其摩擦阻力要小。主行走支撑装置承担闸门上的全部水压力，然后通过埋设轨道将荷载传递给闸墩，主行走支撑按闸门移动时的阻力分滑动式行走支撑和滚动式行走支撑两大类。平面闸门主行走支撑的形式，应根据工作条件、荷载和跨度选定。工作闸门和事故闸门宜采用滚轮或滑轮支撑。检修闸门或启闭力不大的工作闸门可采用钢或铸铁等材料制造成滑块支撑。侧向、反向支撑装置起导向作用，防止闸门在移动时前后碰撞、左右歪斜而受卡，以保证闸门在门槽中顺利启闭。本闸门采用滚轮式行走支撑。滚轮计算：水工钢闸门的滚轮通常有线接触式和点接触式。线接触常见的是圆柱形滚轮与平面轨头德轨道的接触，点接触是圆柱形或圆锥形滚轮与弧形轨头德接触和双曲轮与平面轨头德轨道的接触。滚轮强度计算主要计算其接触应力。滚轮一般用铸钢或合金铸钢制造。常用铸钢有ZG230450、ZG310570、ZG340640；合金铸钢有ZG35CrMn2、ZG35CrMnSi、ZG35CrMo等。滚轮表面还可根据需要进行尼奥面热处理，以提高局部强度与硬度。荷载小的滚轮可采用铸铁。本闸门有十二个滚轮，滚轮的计算最大轮压力发生在底节上面的滚轮处，计算最大轮压计算得，作用在滚轮上的最大设计荷载为，滚轮为双曲率的，材料为ZG35CrMo,.滚轮半径，滚轮踏面曲率半径为。滚轮与轨道接触时的接触应力计算式为：由，查表得=0.215.。计算得：计算结果满足使用要求。5.2起吊轴及其计算由于该门叶操作机械为2800kN尾水门机，利用旁通管充水平压，轴径为250mm，材料为40Cr。1）起吊轴计算起吊轴计算简图如下：图（十六）则：轴孔形式如右图所示：轴孔局部紧接承压应力为：=110N/mm22)与400t启闭机吊头相连接的吊耳板计算轴孔形式如上图所示，每个吊孔拉力为240t。图（十七）轴孔局部紧接承压力为： =110N/mm2 孔壁拉应力计算：式中：R=B/2=700/2=350mm又由于 R=r+a=155+325=480mm，取R=350mm则，5.3启闭力计算5.3.1闭门力计算闭门力计算式为：式中：摩擦力安全系数，取1,2；计算启闭力用的闸门自重修正系数，取0.9；闸门自重，为108.664t；加重块重量，为0 支撑摩擦力，； f滚动摩擦力臂，为1mm； p作用在闸门上的总水压力，为2096.22t; 滚轮轴承的平均半径，140mm; R滚轮半径，450mm; d滚轮轴承滚柱直径，30mm；则：; 止水摩擦力，；止水橡皮最大滑动摩擦系数，取0.50；作用在止水上的压力；则：; 上托力，19.33t; 底水封预压力，14.97t;则：闸门靠自重可以闭门。5.3.2启门力计算启门力计算公式为：摩擦力安全系数，取1.2；计算启门力用的闸门自重修正系数，取1.01.1；闸门自重，=108.664t; 加重块重量，=0；下吸力，=0 作用在闸门上的水柱压力，；闸门启门时，支撑形式为NL150滑块支撑，启门水头按2m计算，又考虑到2m水头时滚轮接触轨道启门时也要考虑支撑摩阻力（闸门与轨道是零间间隙）支撑摩阻力，; 滑块最大滑动摩擦系数，=0.125；则：滑块支撑摩擦力，；滚动摩擦力臂mm, =1mm; 作用在闸门上的总水压力，=217.7t；滚动轴承的平均半径，=140mm; 滚轮半径，=450mm; 滚动轴承滚柱直径，d=30mm；故：止水摩阻力，止水橡皮最大摩擦系数，=0.5；作用在止水上的压力； =0.5.062（29.33+11.11）=1.8t故：=1.2(25.9+2.74+1.8)+1.1108.664=156.1t尾水门机为：280t=160t156.1t,满足要求。5.4埋件计算根据水利水电钢闸门设计规范（DL/T5013-95）附录l计算。每节闸门设计四个主轮、四个滑动块。滑块长度为500,700,1000mm.主轨断面图如下：图（十八）1)轨道底板砼的承压应力：式中：滚轮上的最大设计荷载，=2077.24kN；轨道高度，=400mm; 轨道底板宽度，=300mm；=9N/mm22)轨道横断面弯曲应力计算：轨道截面抵抗矩，=300mm;3）轨道底板的混凝土承压应力：轨道底板弯曲应力：结束语为期十四周的毕业设计马上就要结束了，在这紧张而忙碌的时光中我们紧紧跟随老师的步伐，认真地在做好每一个环节。本次平板定轮闸门设计顶节设计组的主要设计内容如下：1）结合工程情况进行闸门选型；2）平米昂钢闸门的构布置；3）门叶结构、行走支撑、止水布置设计；4）门槽及埋件、启闭力、吊耳的设计。在这次设计中，我们认真学习有关闸门的一些知识，本着兢兢业业的态度去完成每个步骤，首先去了三门峡水电站对闸门有了直观的认识，而且在尤老师的带领下我们对闸门设计中的很多问题都有了很明确的理解与体会，对我们的毕业设计有很大的启发与帮助。本次设计中尽管我们遇到了一些问题，由于我们的努力和老师的敬业，我能够完美的完成毕业设计，在此非常欣慰！致谢十四周的忙碌之后，毕业设计结束了，在设计中我们得到了老师们的亲切指导，我们的课题老师尤风老师对工作的认真态度鼓励我们去认真而耐心的去计算每一个公式，去完成每一个小节的设计，在老师的指导下我们少走了很多弯路，尤老师的专业精神值得我们学习，自此表示感谢。由于我专业知识的匮乏，设计中的很多环节都会不尽如人意，请老师们多提宝贵意见。在这即将收尾的时刻，设计时候的很多画面都历历在目，同学们的热情帮助，老师们的辛勤指导，化作我们的一份份成果，相信也会使老师们感到欣慰的。通过本次设计着重于对我们的设计能力和设计流程的掌握与理解，本来我所设计的课题与我们所学的专业知识很不吻合，对于这次的设计，我们由起初的陌生到通过设计中的慢慢领会，这都是尤风老师的亲切教导，尤老师给我们很多专业性的建议与启示，是她带领我们从走到了一个陌生的领域，并把我们从陌生带到熟悉的，如果说这次的设计是成功的话，我首先要感谢的就是我的指导老师尤老师。在我们设计的过程中，很多老师都给了我们见解和建议，他们是靳长泉老师、李权才老师、高勇伟老师，在此，我表示由衷的感谢！崔永祥 2011年5月参考文献 1.范崇仁水工钢结构设计中国水利水电出版社2.河海大学水工钢结构设计水利电力出版社3.严大考结构力学与钢结构黄河水利出版社4.刘细龙、陈福荣闸门与启闭设备中国水利水电出版社5.机械零件设计手册冶金工业出版社6.水电站机电设计手册（金属结构一）7.电力工业标准汇编水电卷（金属结构）部分水利电力出版社8.水利水电工程钢闸门设计规范9.河海大学水电学院水工钢闸门分册水利电力出版社10.水利水电钢闸门制造安装及验收规范11.水工钢结构设计中国水利水电出版社外文翻译原文ABSTRACTPart III of this three-part series of papers describes the synthesis of roller and sliding hydraulic steel gate structures performed by the Mixed-Integer Non-linear Programming (MINLP) approach. The MINLP approach enables the determination of the optimal number of gate structural elements (girders, plates), optimal gate geometry, optimal intermediate distances between structural elements and all continuous and standard crossectional sizes. For this purpose, special logical constraints for topology alterations and interconnection relations between the alternative and fixed structural elements are formulated. They have been embedded into a mathematical optimization model for roller and sliding steel gate structures GATOP. GATOP has been developed according to a special MINLP model formulation for mechanical superstructures (MINLP-MS), introduced in Parts I and II. The model contains an economic objective function of self-manufacturing and transportation costs of the gate. As the GATOP model is non-convex and highly non-linear, it is solved by means of the Modified OA/ER algorithm accompanied by the Linked Two-Phase MINLP Strategy, both implemented in the TOP computer code. An example of the synthesis is presented as a comparative design research work of the already erected roller gate, the so-called Intake Gate in Aswan II in Egypt. The optimal result yields 29)4 per cent of net savings when compared to the actual costs of the erected gate. . 1998 John Wiley & Sons, Ltd. KEY WORDS: structural synthesis; optimization; topology optimization; discrete variable optimization; Mixed-Integer Non-linear Programming; MINLP; the Modified OA/ER algorithm; MINLP strategy; hydraulic gate; sliding gate; roller gate; Aswan 1. INTRODUCTION This paper describes the Mixed-Integer Non-linear Programming (MINLP) approach to the synthesis of roller and sliding gate structures, i.e. the simplest types among vertical-lift hydraulic steel gates, see Figure 1. Roller and sliding gates are also regarded as the most frequently manufactured types of hydraulic steel gates for headwater control. They are used to regulate the water stream on hydro-electric plants, dams or spillways. As hydraulic steel gates are very special structures, only a few authors have discussed their optimization, e.g. Kravanja et al.,1D. Jongeling and Kolkman. as well as Almquist et al. Particular interest was shown in the optimization not of these (roller and sliding gates) but of similar structures. In such investigations, Vanderplaats and Weisshaar. as well as Gurdal et al. optimized stiffened laminated composite panels, Butler. and Ringertz. optimized stiffened panels, Farkas and Jarmai1. optimized welded rectangular cellular plates, Finckenor et al.1. treated skin stringer cylinders and Gendy et al.1. stiffened plates. Almost all authors used Non-linear Programming (NLP) techniques. Gurdal et al. proposed the genetic algorithm, while Kravanja et al.1D. introduced MINLP algorithms and strategies to the simultaneous topology and parameter optimization of the gate. In Parts I of this three-part series of papers, a general view of the MINLP approach to the simultaneous topology and parameter optimization of structures is presented. Part II describes the extension to the simultaneous standard dimension optimization. Based on the superstructure approach defined in Parts I and II, the main objective of this paper (Part III) is the MINLP synthesis of roller and sliding hydraulic steel gate structures, obtained at minimal gate costs and subjected to defined design, material, stress, deflection and stability constraints. As the MINLP approach enables simultaneous topology, parameter and standard dimension optimization, a number of gate structural elements (girders and plates), the gate global geometry, intermediate distances between structural elements and all continuous and standard dimensions are obtained simultaneously. This last part of the three-part series of papers is divided into three main sections: 1. Section 2 describes how different topology and standard dimension alternatives are postulated and how their interconnection relations are formulated by means of explicit logical constraints in order to perform topology and standard dimension alterations within the optimization procedure. 2. Section 3 represents a general MINLP optimization model for roller and sliding gate structures GATOP. 3. Finally, in Section 4, the proposed superstructure MINLP approach is applied to the synthesis of an already erected roller gate, the so-called Intake Gate in Aswan II in Egypt. 2. SUPERSTRUCTURE ALTERNATIVES AND THE MODELLING OF THEIR DISCRETE DECISIONS 2.1. Postulation of topology and standard dimension alternatives The first step in the synthesis of the gate is the generation of an MINLP superstructure in which different topology/structure and standard dimension alternatives are embedded to be selected as the optimal result. The gate superstructure also contains the representation of structural elements which may construct each possible structure alternative as well as different sets of discrete values, defined for each standard dimension alternative. As both the roller and sliding gates have almost the same structure, it was reasonable to propose a superstructure, which could well be useful for both of them. 2.1.1. Topology alternatives The gate superstructure typically includes a representation of main gate elements, where each gate element is composed of various structural elements, such as horizontal girders, vertical girders, stiffeners and plate elements of the skin plate, see Figure 2. The superstructure comprises n main gate elements, n3N, each containing m horizontal girders, m3M, the (3#2v) number of vertical girders through the entire gate, v3., and the corresponding (m!1)(2#2v) number of skin-plate elements. To each mth horizontal girder of the nth main gate element an extra binary variable yn,m is assigned. The number of horizontal girders and corresponding plate elements of the skin plate, distributed over the nth main gate element, can therefore be determined simply by. Note that the proposed minimal number of identical vertical girders is 3 and that they can take only odd numbers. If a binary variable yv is assigned to each v, vV., the number of vertical girders can be obtained by (3+2 vyv). In the same way an even number (2+2 .vyv) of equal horizontal partitions of the entire gate is proposed. In the case of vertical girders, we can see that the structural elements can also be determined by suitable linear combinations of binary variables. Among the maximal number Mmax of horizontal girders per each main gate element, the upper and lower girders together with the minimal number Mminof intermediate horizontal girders and the adjoining skin-plate elements are treated as fixed structural elements, which are always present in the optimization. All other (Mmax Mmin) intermediate horizontal girders with the corresponding number of adjoined skin-plate elements are then regarded as alternative structural elements, which may either disappear or be selected. Since only alternative structural elements participate in the discrete optimization, the size of the discrete decisions is significantly reduced. Each possible combination between selected alternative structural elements and fixed structural elements forms an extra gate topology/structure alternative. 2.1.2. Standard dimension alternatives Four standard dimensions are additionally defined to represent the standard thicknesses of sheet-iron plates: the thickness of the skin-plate tsn for each nth main gate element, the .flange thickness of the horizontal girder tfn, the web thickness of the outer horizontal girder m=1or m=M ,and the web thickness of the inner horizontal girder ,1(m(M. Since the thickness tsn has a common value for the entire skin-plate of the nth main gate element and the tare the same for all horizontal girders of the nth main gate element, i.e. they correspond to the common standard design variables for the superstructure or its part from the special MINLP-MS model formulation in Part II. Similarly, the web thicknesses , which take a common value for both outer horizontal girders of the nth main gate element, and , which are the same for all the inner horizontal girders, correspond to the common standard design variables of the alternative structural elements. An extra set of discrete values of standard dimension alternatives and a special set of the same size of binary variables are introduced for each mentioned standard dimension. Each standard dimension tsn shall be expressed within the given i standard dimension alternatives, iI, standard dimension tfnby k alternatives, kK, standard dimension by p alternatives, pP, and standard dimension by r alternatives, rR. The vector of i binary variables yn,i and the vector of i discrete values qn,I are assigned to the variable tsn, the vectors of k elements yn,k and qn,k to the variable tfn, the vectors of p elements yn,pand qn,kto the variableand the vectors of r elements yn,vand qn,v to the variable Consequently, the overall vector of binary variables assigned to the gate superstructure is y=yn,m ,y,v,yn,I,yn,p,yn,v2.2. Modeling of discrete decisions The postulated gate superstructure of topology and standard dimension alternatives can be formulated as an MINLP problem using a special MINLP model formulation (MINLP-MS) for simultaneous topology, parameter and standard dimension optimization of mechanical superstructures, described in Part II. As can be seen from the (MINLP-MS), the objective function is typically subjected to structural analysis and logical constraints. While structural analysis constraints represent a mathematical model of a synthesized structure, logical constraints are used for the explicit modeling of logical decisions. Modeling of discrete decisions to determine topology alternatives is an objective of the highest importance for the synthesis. In order to perform these decisions within the MINLP optimization, interconnection logical constraints Dy+R(d, p)r are proposed. While variables, their bounds and most of the constraints of the MINLP-MS model formulation are represented in Part II, interconnection logical constraints and the constraints defining topology alterations are described in this section. The latter ones are derived from the following basic integer or mixed-integer logical constraints: (a) Multiple choice constraints for selecting among a set of units I: Select exactly M units: . (1)Select M units at the most: . (2)Select at least M units: . (3)(b) If then conditions: if unit k is selected then unit i must be selected: yk -yi0 (4)(c) Activation or deactivation of continuous variables, inequalities or equations: 1. example to relate continuous variable x to the scalar value U: x=Uy (5)if 2. an opposite relation: X=U（1-y） (6)3. example for the bounds of continuous variable x: x1,0yxxupy (7)if (d) Integer cuts constraint eliminates unnecessary integer combinations yk=0,1me.g. those found at previous MINLP iterations: (8)where , In order to describe the modeling of discrete decisions, a general gate superstructure from Figure 2 is addressed in which the defined structural elements are typically horizontal and vertical girders. As the modeling of vertical girders is simplified and needs no special interconnection logical constraints, the modeling of discrete decisions regarding horizontal girders proved to be more sophisticated. 2.2.1. Modeling of topology alterations Let us consider the vertical cross-section of the gate element superstructure with fixed and alternative horizontal girders, see Figure 3(a). The number of fixed and alternative girders and their locations in the superstructure can be described by the following logical constraints: (9) (10) (11)Logical constraint (9) defines the minimal (Mmin) and maximal (Mmax) number of structural elements (girders). While number Mmin represents the number of fixed structural elements, the difference between the maximal and minimal number of elements (Mmax-Mmin) gives thenumber of alternative structural elements. Constraint (10) defines the direction of the removal of alternative elements: from the top down the superstructure. From Figure 3 is evident that the most upper element is the fixed one, which is set by the constraint (11). It then further follows from constraint (10) that all the rest fixed elements are located at the bottom of the superstructure. Hence, constraints (9)-(11) represent the explicit model for topology alterations of horizontal girders. 2.2.2. Modeling of interconnection relations Interconnection relations between alternative and fixed structural elements within the superstructure require special attention paid to the structural synthesis performed by the MINLP approach. Interconnection relations either restore the connections between currently selected (existing) structural elements or cancel the relations between currently rejected (disappearing) structural elements. Since MINLP methods optimize the topology and parameters simultaneously, it is necessary to define these interconnection relations in an explicite equational form, so that they can enable interconnections and disconnections between the elements during the optimization process. Special interconnection logical constraints for interconnection relations between the alternative and fixed structural elements have been proposed. They will be embedded into the MINLP optimization model of the gate structure, enabling the latter to thus become self-sufficient for automatic topology and parameter optimization. The modeling of interconnection logical constraints, however, requires additional effort, since most element constraints include functions not only of their own variables but also of the variables belonging to their adjoining structural elements. Such an example is, e.g. the constraint of the moment of inertia In,mof the mth horizontal girder of the nth main gate element (see equation (23) in the following section), which includes the substituted expression (S6) of the skin-plate effective width with the heights (between girders and the sill) hm-1and hm+1of both adjoining girders. The constraints of the mth intermediate horizontal girder are typically functions of three heights: hm-1, hm and hm+1, and two vertical distances between horizontal girders: ,and The distance is simply defined by the constraint m=2,3,M-1 (12) The problem arises if hm+1is not defined when the adjoining upper alternative girder to the mth horizontal girder does not exist. For example, let us consider the third girder in Figure 3(a) which is the uppermost existing intermediate element. In order to define h4so as to fulfil the constraints of girder 3, h4should temporarily become equal to the height of the uppermost fixed girder h6 =hM (Figure 3(b). The main idea is to set all heights of non-existing intermediate girders (girders 4 and 5 in Figure 3(a) to the value of h6by means of the logical constraints , m=2,3,M-1 (13) , m=2,3,M-1 (14)Note, that constraints (13) and (14) restore the upper and lower bounds of the distancewhen the corresponding girder exists (ym=1) and set it to zero, otherwise. When the distance is zero, it follows from constraint (12) that hm becomes equal to h. In this way all distances and heights are defined for any girder that becomes the uppermost selected intermediate one and re-establishes its connection to the uppermost fixed girder. As the uppermost selected intermediate girder is connected to the uppermost fixed girder (e.g. girder 3 to girder 6 in Figure 3(a), the latter should also, in the similar way, be connected to the former one (girder 6 to girder 3 in Figure 3(a). Constraints for the uppermost fixed girder are then just functions of two heights: hM and hM-1and a distance . The problem arises if some intermediate girders do not exist, e.g. girders 4 and 5 in Figure 3(a). In such cases, hM-1should not be considered. Instead, the height hS(h3in Figure 3(a) of the upper selected intermediate girder should be defined and substituted for hM-1. The vertical distance dhs of the uppermost selected intermediate girder is then defined by the constraint: (15)The selection of the height hs among all hm can be performed by the following logical constraints: , m=2,3,M-2 (16), m=2,3,M-2 (17) (18) (19)Constraints (16) and (17) set hS to the height hm of that mth existing horizontal girder (ym=1), which has the existing adjoining lower girder (ym-1=1) and the disappearing adjoining upper girder (ym+1=0). However, for mM!1 the next upper girder always exists, since it is fixed, i.e. (yM =1). In this case we need additional constraints, i.e. (18) and (19), which set hS to the height hM-1. 3. THE MINLP OPTIMIZATION MODEL FOR ROLLER AND SLIDING HYDRAULIC STEEL GATE STRUCTURESDGATOP An MINLP mathematical optimization model for roller and sliding hydraulic steel gate structures GATOP (GATe OPtimization) has been developed. The model has proven efficient for the synthesis of roller and sliding gates. As an interface for mathematical modeling and data inputs/outputs GAMS (General Algebraic Modeling System) by Brooke et al.14 ,a high-level language has been used. The first version of GATOP was developed to perform NLP optimization problems of fixed gate structures, while the dead weight of the gate structure was considered in the objective function, see Reference 15. The new GATOP version is a much more general one: many alternative horizontal girders, vertical girders and plate elements of the skin-plate are now simultaneously represented in a composite form of the gate superstructure. Thus, the new GATOP model is formulated as an MINLP problem performing gate synthesis. In the process of the development of the GATOP model, the following assumptions and simplifications have been considered: 1. A simplified static system for roller and sliding gates is to be used. It includes independent simply supported horizontal girders that are combined with independent clamped skin-plate elements. Such a static system is convenient for gates in which the horizontal girders are much longer than their intermediate vertical distances. Vertical girders have the same height as horizontal ones. 2. In the above case, the horizontal girders transmit almost all the water load, so that the participation of vertical girders can be neglected. Although the vertical girders are not analysed, they are nevertheless considered as a geometrical and economic fact in the objective function. 3. Only the water load, i.e. the hydrostatic pressure on the skin plate, is taken into consideration, while the dead weight, friction and buoyancy are neglected. . 外文翻译译文摘要执行的水力钢门结构综合非线性规划方法使能门结构元素(大梁，板材)，优选的门几何、结构元素和所有连续和标准剖面图大小之间的结构元素和所有连续和标准尺寸的最佳优选中间距离。为此，拓扑结构改变和互联联系的特别逻辑限制在选择和被修理的结构元素之间被公式化。他们被埋置了入路辗和滑的钢门结构GATOP一个数理优化模型。GATOP根据已经制定了一个特殊的MINLP机械上层上层建筑（MINLP - MS）的第一和第二部分介绍了模型的制定。该模型包含一个自我制造和运输费用的经济大门的目标函数。由于GATOP模型非凸，高度非线性的，它是由链接解决两相的MINLP战略，无论是在顶级计算机代码中实现办公自动化陪同的改性推理算法的手段。一个综合的例子是作

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