1、船闸设计规范第四篇闸门阀门设计目录第一章一般规定第二章闸门阀门的设置及其总体布置第三章荷载第四章材料和容许应力第一节材料第二节容许应力第五章结构设计第一节结构布置的一般要求第二节结构计算第三节连接计算和构造的一般要求第六章零部件及预埋件第一节一般要求第二节支承运转件第三节吊耳吊杆及锁定第四节埋件第五节止水装置第七章人字闸门第八章横拉闸门第九章升降式平面闸门第十章三角闸门第十一章阀门第一节平面阀门第二节反向弧形阀门第十二章启闭力附录一升降式平面闸门阀门门槽型式的选择附录二闸门阀门荷载计算的主要公式附录三闸门止水橡皮定型尺寸附录四结构计算的主要公式附录五零部件及预埋件计算公式附录六门楣胸墙及顶止水
2、缝的推荐尺寸附录七摩擦系数的选用附录八有关标准及其代号第一章一般规定第条本篇适用于船闸钢质的闸门阀门和拦污栅设计第条船闸闸门和阀门的设计工作应综合考虑材料制造运输安装维修以及使用管理等各方面的因素做到总体布置得当结构型式合理操作灵活可靠维修简单方便第条船闸的闸门和阀门按其工作性质可划分为工作闸门检修闸门事故闸门阀门以及检修阀门按结构特征可划分为人字闸门平面闸门横拉闸门三角闸门一字闸门弧形闸门迭梁闸门浮式闸门平面阀门以及反向弧形阀门等闸门的级别根据工作性质及封闭孔口的面积按表划分阀门的级别与同一船闸的工作闸门一致闸门级别表分类级别面积封闭孔口面积米大型闸门中型闸门小型闸门工作闸门检修闸门事故闸门
3、注米的工作闸门设计时宜做专门研究同一座船闸的工作闸门的级别应一致以其中封闭孔口面积最大者为准第条闸门和阀门采用平面体系的假定和容许应力的方法计算必要时可在平面计算的基础上按空间体系用有限元法校核第二章闸门阀门的设置及其总体布置第条船闸应在上下闸首设置工作闸门检修闸门位于重要水利水电枢纽上的船闸因闸门失事可能引起严重后果应设置事故闸门船闸的输水廊道除设有工作阀门外应设有检修阀门在输水廊道进出口处应设置拦污栅第条闸门阀门的设计应包括闸门阀门正常工作所必要的附属设备如工作桥爬梯通道护弦缓冲设备限位装置平压设备以及锁定装置等淤积严重的地区应设有闸阀门的清淤设备冰冻地区应考虑防止闸门承受冰压力的设施必须
4、溢洪的闸门应设有可靠的安全设施在动水条件下工作的闸门阀门应考虑减轻振动和空蚀的有关措施第条闸门阀门应根据结构型式运行条件及水质情况采取涂料保护或金属喷镀等有效的防腐蚀措施第条船闸闸门阀门的型式应根据通过能力通航净空孔口尺寸水位组合水力学条件以及水工建筑物的结构型式等因素通过技术经济比较选定承受单向水头在静水条件下启闭的工作闸门宜优先选用人字门承受双向水头在静水条件下启闭的工作闸门宜选用横拉门在局部开启条件下输水或动水启闭的中小型工作闸门宜选用三角门在有帷墙的上闸首或井式船闸宜选用升降式平面门米以下的中低水头可选用平面阀门或反向弧形阀门米米的中高水头宜选用反向弧形阀门如能对门槽可能产生的不利影响
5、采取有效措施也可采用平面阀门第条闸门的布置不得影响船闸的有效通航尺寸第条平面人字闸门在关门位置时门扇的轴线与闸室横轴线的夹角可采用也可采用或对于圆拱形人字闸门可在选用平面人字闸门门扇旋转中心的确定应满足下列条件一闸门全开时门扇及其护弦全部位于门龛中并应留有厘米的富裕量二旋转中心应向上游偏离支承反力作用线厘米门龛长度应按闸门全开时留有厘米的富裕量确定第条提升式平面闸门的启闭机排架高度应满足通航净空要求为了减小闸门和排架的高度可采用双扇平面闸门或设置随水位变化的活动底槛下降式平面闸门宜布置在帷墙之后并使闸门构件全部位于底槛以下第条横拉门一般采用矩形竖剖面也可采用梯形竖剖面横拉门的门槽宽度按门厚和固
6、定支承的厚度决定门槽的深度须考虑固定支承的宽度和布置缓冲垫块的要求门库在支承处的宽度应与门槽相同门库内部的宽度可根据门顶滚轮轨道的布置要求和减小门库内壅水阻力的要求确定一般在闸门的两侧留有厘米的空间门库的净长按闸门的正常行程确定当闸门在门库内检修时其尺寸按检修要求决定门库的入口处须设检修门槽第条三角闸门旋转中心的位置应根据枢轴拉杆的布置要求和不影响船闸有效宽度的原则确定三角闸门的中心角主要根据闸门工作水头和输水条件选定可取左右第条在设计工作阀门时应尽量考虑事故情况和动水关闭的要求第条平面阀门的门槽宽度深度和门槽体型的选择除应满足布置支承埋件的要求外尚应注意下列两点一为改善门槽的空穴特性减少门槽
7、空蚀可参照附录一选择较优的门槽体型二当水头超过米边界条件较特殊且无类似工程可供参考时门槽体型应通过模型试验确定第条反向弧形阀门面板曲率半径与阀门处廓道高度的比值可取为反向弧形阀门的支铰中心应布置在灌泄水时支铰和支铰梁都不受水流直接冲击的高程上支铰中心与廓道底面的距离一般为倍阀门处的廓道高度第条阀门井及检修阀门井的尺寸应满足安装检修工作的要求井内应设置足够宽度的检修平台检修平台至闸墙顶应设有人梯此外尚需布置锁定锚钩等设备第三章荷载第条作用在闸门阀门上的荷载分为设计荷载和校核荷载一设计荷载包括闸门或阀门自重及门上固定设备重静水荷载包括浮托力动水荷载风荷载波浪作用力工作桥上的荷载泥砂荷载启闭力闸门运
8、转时的水阻力其他荷载二校核荷载包括校核情况下的上述荷载船舶撞击力安装时产生的荷载及试验荷载第条闸门阀门的荷载可不考虑地震作用力第条作用在闸门阀门上的各种荷载应按可能同时出现的最不利计算情况进行荷载组合第条闸门阀门的设计静水荷载分别按下列情况计算一工作闸门上游为设计最高通航水位下游为相应的最低水位下游为最低通航水位上游为相应的最高水位可能出现的最大水位差所对应的上下游水位二工作阀门同工作闸门当阀门后面可能产生远驱式水跃时应根据具体情况确定三检修闸门及检修阀门迎水面为检修期最高水位闸室无水四事故门上游为最高设计水位闸室无水第条工作闸门阀门的校核静水荷载按上游为非常洪水位或其他最高水位下游为相应的低
9、水位计算第条闸门阀门的设计动水荷载在没有实验资料的情况下分别按下列规定计算一门上设输水阀门的闸门局部开启输水的闸门门顶过水的闸门以及事故门的设计动水荷载视门的级别水流条件及门型等因素取为设计静水荷载乘以的动水系数二廊道输水系统工作阀门的设计动水荷载取为设计静水荷载乘以压力系数和动力系数压力系数当船闸无动水关闭阀门要求时压力系数对长廊道可采用短廊道可采用当船闸有动水关闭阀门要求时压力系数对长廊道可采用对短廊道可采用必要时也可按水力学计算求得动力系数根据水流情况阀门型式和不同部件取考虑到不利的情况不一定同时发生各系数不宜均取最大值三当进行闸门阀门构件刚度验算时不考虑动力系数第条计算风荷载及波浪压力
10、作用时风级按下列规定选取一正常通航情况取当地容许通航的最大风级二其他情况取当地最大风级第条输水廊道进水口拦污栅的设计荷载应根据所在河道的污物情况及清污措施等因素决定一般采用水位差米计算第条作用在门上各种荷载的计算方法和取值参照附录二的有关公式和规定进行第四章材料的容许应力第一节材料第条闸门阀门承重结构的钢材一般采用号钢或锰钢其质量标准应分别符合现行普通碳素结构钢技术条件低合金结构钢技术条件规定的要求并宜根据不同情况按表选用闸门阀门拦污栅结构及埋件采用钢号表结构及运用条件钢号结构大型工作闸门及受动水荷载的闸门阀门平炉氧气转炉号镇静钢或锰钢受静水荷载的中小型工作闸门平炉氧气转炉号沸腾钢检修门拦污栅
11、同项埋件主要受力埋件同项按构造要求设置的埋件号钢或其他任何钢号注对于无证明书的钢材经试验证明其化学成份和机械性能符合相应标准所列钢号的要求时可酌情使用非焊接结构的钢号可参照表采用第条闸门阀门承重结构的钢材应保证抗拉强度伸长率屈服点并限制硫磷的极限含量对焊接结构尚应限制碳的极限含量主要受力结构的钢材应具有冷弯试验的合格保证承受动载的结构应具有常温冲击韧性的合格保证第条闸门阀门的支承运转件包括顶枢底枢支枕垫支铰滚轮主轨等的钢铸件一一般采用现行碳素钢铸件分类及技术条件规定的号铸钢中级和级二对大型闸门和高水头阀门可采用合金铸钢如第条闸门阀门的铁铸件应符合现行灰铁铸件分类及技术条件中规定的各项要求但作为
12、加重用的铸铁不限牌号应保证其比重第条闸门阀门的吊杆轴连接轴支承轮轴和铰轴等的钢材一般采用一现行优质碳素结构钢钢号和一般技术条件或现行优质碳素钢中规定的号或号钢二现行普通碳素结构钢技术条件中规定的号钢三对于大型闸门阀门中受力较大的轴宜采用现行合金结构钢技术条件中规定的钢或综合性能与其相似的其他合金结构钢第条闸门阀门常用止水橡皮的定型尺寸可参照附录三选用第条大中型闸门阀门的止水底板宜采用不锈钢材料小型闸门可采用其他材料第条闸门阀门零件所用的青铜应符合现行铸造铜合金中规定的各项要求第条手工焊接用的焊条应符合现行低碳钢及低合金高强度钢焊条规定的要求选择的焊条型号应与主体金属强度相应规定如下一焊接号钢时
13、对承受动荷载的闸门阀门结构宜采用型焊条对其他结构采用型焊条二焊接锰钢时采用型焊条三焊接不锈钢时采用型焊条四表面堆焊不锈钢时采用型焊条第条自动焊或半自动焊应采用与主体金属强度相适应的焊丝和焊剂焊丝应符合现行焊接用钢丝规定的要求第条普通螺栓和锚栓宜采用现行普通碳素结构钢技术条件中规定的号钢制造第条高强度螺栓应符合现行钢结构用高强度大六角螺栓大六角螺母垫圈形式尺寸与技术条件或钢结构用扭剪形高强度螺栓连接付型式尺寸与技术条件的规定第条轨道固定支座底枢顶枢拉锚座枕垫座钢丝绳锥形螺套拉座等座基的二期混凝土的标号不应小于号第二节容许应力第条钢材的容许应力应根据表的尺寸分组按表采用连接材料的容许应力按表表采用
14、计算不同级别闸门阀门的构件和连接应将表至表所规定的数值分别乘以下列调整系数级级级第条闸门阀门的底枢顶枢滚轮支铰拉杆支枕垫吊耳铸钢主轨等支承运转件的容许应力按表采用灰铁铸件的容许应力按表采用轴套容许应力按表采用设置埋件的一二期混凝土的承压容许应力按表采用木材的容许应力按表采用第条表至表的容许应力值对校核荷载组合可提高钢材的尺寸分组表组别钢材尺寸毫米号钢锰钢棒钢的直径或厚度型钢的厚度钢板的厚度钢材的直径或厚度第组第组第组第组注棒钢包括圆钢方钢扁钢和六角钢型钢包括角钢工字钢和槽钢工字钢和槽钢的厚度系指腹板的厚度钢材的容许应力牛毫米表应力种类符号号钢锰钢第组第组第组第组第组第组第组抗拉抗压和抗弯抗剪局
15、部剪压局部紧接承压注局部承压应力不乘调整系数局部承压指构件腹板的小部分表面受局部荷载的挤压或端面承压磨平顶紧等情况局部紧接承压是指可动性小的铰即轴与支承轴孔之间在接触面的投影平面上的压应力焊缝的容许应力牛毫米表焊缝分类应力种类符号自动焊半自动焊和用型焊条的手工焊当钢号为号钢自动焊半自动焊和用型焊条的手工焊当钢号为锰钢第组第组第组第组第组第组第组对接焊缝抗压抗拉和抗弯当用自动焊时当用半自动焊或手工焊时焊缝的质量检查为精确方法普通方法抗剪角焊缝抗拉抗压和抗剪注检查焊缝的普通方法系指外观检查测量尺寸钻孔检查等方法精确方法是在普通检查方法的基础上用射线超声波方法等进行补充检查仰焊焊缝的容许应力按上表降
16、低安装焊缝的容许应力按上表降低普通螺栓连接的容许应力牛毫米表螺栓种类应力种类符号螺栓钢号构件的钢号号钢锰钢号钢锰钢第组第组第组第组第组第组第组精制螺栓抗拉抗剪类孔承压类孔粗制螺栓抗拉抗剪承压锚栓抗拉注孔壁质量属于下列情况者为类孔在装配好的构件上按设计孔径钻成的孔在单个零件和构件上按设计孔径分别用钻模钻成的孔在单个零件上先钻成或冲成较小的孔径然后在装配好的构件上扩钻至设计孔径的孔在单个零件上一次冲成或不用钻模钻成设计孔径的孔属于类孔当螺栓直径大于毫米时螺栓容许应力应予降低对于号钢降低对于锰钢降低支承运转件的容许应力牛毫米表应力种类符号普通碳素钢低合金钢优质碳素结构钢碳素铸钢合金铸钢合金结构钢抗拉
17、抗压和抗弯抗剪局部承压局部紧接承压孔壁抗拉注括号内为调质处理后的数值孔壁抗拉容许压力系指固定结合的情况若系活动结合则应按表值降低表列合金结构钢的容许应力适用于截面尺寸为毫米如按冶标规定由于厚度影响屈服点有减少时各类容许应力可按屈服点减少比例予以减少表列合金铸钢的容许应力仅适于壁厚毫米的铸钢件灰铁铸件的容许应力牛毫米表应力种类符号铸铁牌号轴心抗压和弯曲抗压弯曲抗拉抗剪局部承压局部紧接承压轴套容许应力牛毫米表材料符号径向承压钢对铸铝铁青铜钢对铸锡磷青铜注水下重要的运转件轴衬轴套的容许应力允许降低混凝土的容许应力牛毫米表应力种类符号混凝土标号承压木材的容许应力牛毫米表名称符号容许应力针叶材阔叶材东北
18、落叶松红松杉木栎木榨木桦木横纹承压全表面第条钢材和钢铸件的物理性能按表采用钢材和铸钢件的物理性能表材料名称弹性模量牛毫米剪变模量牛毫米线膨胀系数以每摄氏度计密度千克米泊桑比钢材铸钢件第五章结构设计第一节结构布置的一般要求第条闸门阀门的梁系应尽量采用等高连接的布置方式并应考虑制造运输安装和防腐蚀等方面的要求第条闸门阀门主梁一般按等荷载原则布置主梁的间距应考虑支承运转件布置的要求底主梁的布置应考虑底缘型式构造以及设置和更换底止水的要求闸门顶部主梁的布置应考虑闸门受到船舶的撞击时具有足够的强度和刚度第条闸门阀门应设置门背联结系和竖向联结系门背联结系可采用桁架或框架竖向联结系可采用桁架或实腹式结构第条
19、选择闸门阀门构件的钢材规格应适当精减闸门阀门受力构件的钢板厚度或型钢截面不得小于一毫米厚的钢板二的等边角钢三的不等边角钢四的工字钢五的槽钢第二节结构计算第条闸门阀门的结构构件应进行强度刚度和稳定性验算第条强度验算对闸门阀门受力的构件和连接件应验算正应力和剪应力在同时受较大正应力剪应力或同时受较大正应力剪应力和局部压应力的作用处应验算折算应力拱形人字门反向弧形门正向弧形门以及三角门的面板和曲梁可忽略其曲率影响近似按平板和直梁计算第条刚度验算受弯构件和压弯构件应验算其挠度最大挠度与计算跨度之比不应超过下列数值工作阀门的主梁工作闸门和事故闸门的主梁检修闸门检修阀门和拦污栅的主梁一般次梁对跨度较大的上
20、游止水的潜孔闸门阀门其顶梁挠度的绝对值不应影响顶止水的可靠性和运行的可能性第条稳定验算受弯受压和压弯构件应验算整体稳定性和局部稳定性第条闸门阀门轴心受压受拉构件的长细比不应超过下列数值一受压构件的容许长细比主要构件次要构件联系构件二受拉构件的容许长细比主要构件次要构件联系构件第条闸门阀门的面板及其兼作主次梁翼缘有效宽度的计算计算闸门阀门的面板时应将面板作为矩形薄板的局部弯应力与面板参予主次梁翼缘工作的整体弯应力相叠加对于人字闸门尚应再同面板与主次梁共同承受的整体轴向压应力相叠加具体计算宜按下述规定进行一面板的局部弯应力可视支承边界情况按四边固定或三边固定另一边简支的弹性薄板承受均布荷载计算初选
21、面板厚度时按下式计算式中面板厚度毫米弹性薄板支承长边中点的弯应力系数按附录四中附表或采用面板计算区格中心的水压力强度牛毫米弹塑性调整系数时时面板计算区格的短边和长边的长度毫米从面板与主次梁的连接焊缝算起钢材的容许弯应力牛毫米考虑整体弯压应力影响的系数对于长边为水平方向的水平区格由附表和查得和并取其中的较小值对于竖直区格由附表查得二计算面板参与主次梁翼缘工作的整体弯曲压应力时面板兼作主次梁翼缘的有效宽度按附录四之二款中的项规定计算人字闸门面板与主次梁共同承受的整体轴向压应力按面板全部宽度和主次梁全部截面计算三待面板厚度和主次梁截面初步选定后应按下列简化公式进行验算水平区格竖直区格当主梁带有前翼缘
22、时其宽厚比不宜大于式中面板水平区格支承长边中点的局部弯应力面板竖直区格支承长边中点的局部弯应力整体弯压应力影响系数对于常用的水平区格应分别由附表与查得长边中点的和短边中点的并取二者较小值竖直区格长边中点的整体弯压应力影响系数可由附表查得其它符号意义与式相同第条对于在一般水质中工作的闸门阀门确定面板厚度时应在满足强度要求的基础上另加毫米厚的腐蚀裕度对于在海水或其它腐蚀性较强的水质中工作的闸门阀门应另加毫米厚的腐蚀裕度对于其他重要受力构件亦宜适当考虑腐蚀裕度第条拦污栅宜做成活动式以便于维修更换栅条截面高度不宜大于倍厚度也不宜小于毫米栅条侧向支承间距不宜大于倍栅条厚度第条闸门阀门和拦污栅各构件的计算
23、可参照附录四中的计算简图和公式进行第三节连接计算和构造的一般要求第条闸门阀门结构构件的连接一般采用焊接运转件和门体的连接运转件之间的连接可采用螺栓连接第条在设计焊接结构和构件时应使焊缝尽量对称于构件重心避免焊缝立体交叉和多条焊缝集中一处力求最大限度地减少残余变形和残余应力对结构的不利影响闸门阀门门叶的主体结构不得采用间断焊缝第条螺栓连接一般采用粗制螺栓当主要承受剪力时宜采用精制螺栓必要时精制螺栓可配制铰制孔第条焊接普通螺栓和高强螺栓连接的构造要求和计算可参照的有关规定进行第六章零部件及预埋件第一节一般要求第条闸门阀门的零部件应保证门体运转可靠灵活在设计中应尽量使零部件标准化定型化对水下运转件应
24、考虑水下使用特点和要求便于水下更换和维修第条铸件设计应注意铸造工艺并符合铸件结构要素的要求锻件和加工件的设计应符合有关规范和结构要素的要求第条支枕垫块滚轮和支铰的轴以及吊耳轴等宜镀铬底枢的蘑茹头可堆焊不锈钢对需要经常拆卸的螺栓和螺帽宜做防锈蚀处理第条设计中应考虑润滑设施以保持轴与轴套之间良好的润滑条件润滑设施应便于加油润滑油应尽量做到抵达承压面经常在水下运转的重要的轴套或轴承宜设置效果良好的密封装置第二节支承运转件第条平面闸门阀门的滚动支承常用简支轮悬臂轮当跨度与荷载很大又在动水条件启闭时为保证轮子与轨道接触良好宜选用台车对于作用在主滚轮上的荷载应考虑不低于的不均匀系数主滚轮硬度应略低于轨道硬
25、度第条滚轮和支铰的轴承按使用条件可选用滑动轴承或滚动轴承滑动轴承宜选用青铜轴套第条滑动支承应根据其材料构造形状和接触特性验算其接触应力和连接强度第条常用支承的计算可参照附录五进行第三节吊耳吊杆及锁定第条闸门阀门采用双吊点或单吊点应根据口门大小宽高比启闭力闸门及启闭机布置型式等因素综合考虑确定吊耳应设于闸门阀门的竖隔板或边柱的顶部吊耳的中心应尽量布置在闸门的重心线上第条作用在吊耳连接轴连接板和连接螺栓上的计算荷载应以计算的启闭力乘以的超载系数第条闸门阀门的吊耳宽度厚度与孔径的关系以及吊耳和轴的计算可参照附录五进行第条为保证吊耳轴孔和轴的紧密接触便于轴的装卸宜将吊耳轴孔做成梨形孔小圆中心角应尽量接
26、近于如图对于荷载不大的吊耳可采用直径比轴径加大毫米的圆形轴孔图梨形吊耳轴孔示意图第条吊杆的分段长度应按门井深度启闭机行程和吊杆装拆换向等要求确定第条闸门阀门的锁定构造应满足操作方便安全可靠的要求第四节埋件第条闸门阀门的埋件必须能将门体所受的荷载安全地传递到相应的水工结构上为了保证闸门阀门启闭灵活门槽门龛或门库中的埋件与门体相关零件之间应留有适当间隙第条闸门阀门的埋件一般采用二期混凝土安装预留的二期混凝土部分应有足够的尺寸在能够保证质量的前提下也可采用一期混凝土安装第条对于安装调整定位和固定埋件用的锚栓其直径一般不小于毫米其伸出一期混凝土的长度一般不小于毫米对于低水头小孔口闸门阀门埋件所用的锚栓
27、其直径及外伸长度可适当减少第条闸门阀门的主滚轮轨道一般选用铸钢轨或焊接轨必要时也可采用重轨或起重机轨各种轨道的强度验算可参照附录五进行起导向限位作用的轨道一般按照构造要求选用第五节止水装置第条闸门阀门止水布置应注意水力学条件启门力闭门力以及门体结构受力的影响各部位的止水装置应具有连续性和严密性闸门阀门的正常活动间隙应与止水配合适度第条闸门止水装置宜设在闸门活动部分上以便维修更换如需将止水安设在埋件上则应提供其维修更换的条件应注意防止止水橡皮在启闭过程中翻卷当有翻卷可能时止水压板靠橡皮头的边缘宜做成翘头形式第条止水压板的厚度不宜小于毫米固定止水的螺栓间距不宜大于毫米第条止水座板应与所在的埋件连成
28、一体其构造型式应满足止水座板焊接和加工等要求采用不锈钢板制造顶侧止水座板时其加工后的厚度应不小于毫米第七章人字闸门第条人字闸门的主梁内力可按三铰拱计算主梁宜采用实腹式工字形截面主梁高度可根据门扇的高度宽度及荷载情况在门扇计算跨度的之间选取主梁变截面位置和主梁端部高度的确定应满足强度和布置顶枢底枢及支承的构造要求第条门轴柱和斜接柱的截面型式有开口式和封闭式选用时应结合门扇的刚度支承的型式和安装等条件确定门轴柱和斜接柱的端板与主梁的腹板端板与支承板的连接焊缝应尽量焊透有困难时也可采用顶紧焊接端板应按与支承反力正交布置第条人字门的下游面必须设置背斜杆其倾角宜在度至度之间当门扇的高度较大时可布置多组背
29、斜杆必要时也可采用预应力背斜杆第条为保证顶枢正常工作设计时应考虑一顶枢拉杆的布置应符合门扇运转时拉杆所受压力最小和便于设置埋件的原则拉杆的轴线一般分别布置在关门位置和开门位置的门扇轴线附近二拉杆应设有花兰螺母或楔形块等调整器三顶枢锚定按顶枢拉杆所受的最大拉力设计锚定架必须可靠地固定在闸墙混凝土中第条设计底枢时应使底枢蘑菇头不承受关门状态的水压力底枢的构造应便于检修第条人字门的支承分为分段式和连续式两种分段式支承宜与主梁对应的布置在设计分段式支承和连续支承时宜分别采用和的超载系数第条人字闸门在门扇开启时应使止水迅速脱离接触底止水的布置应避免门扇产生过大的浮力当门扇采用连续支承时支承可兼作侧止水第
30、条大型人字闸门可在门扇斜接柱的顶端设置导卡在门底靠近斜接柱处设置限位装置第条采用刚性推拉杆启闭机时推拉点距门扇旋转中心一般为门扇长采用柔性启闭机时钢丝绳的滑轮一般布置在斜接柱的端部第八章横拉闸门第条横拉门必须分别验算运行情况的抗倾稳定性其安全系数不应小于为了保证横拉门的抗倾稳定性应在两端架上靠近吊架和门底主滚轮处各布置一对承受水平荷载的侧轮侧轮位置的确定应使闸门承受较小的倾覆力矩当闸门设置浮箱时为保证闸门的倾覆稳定性可在靠门库一侧的门底增设一对受力侧轮或在门顶设置导架第条横拉门的主梁一般采用矩形桁架当主梁跨度很小或需设置浮箱时也可采用实腹式组合梁当采用桁架时杆件截面高度应尽量小于杆件长度的十分
31、之一第条为了减小闸门运行时水的阻力竖向联结系和端架宜采用桁架式第条为使闸门具有一定的刚度和传递启闭力应设置门背联结系门背联结系一般采用斜杆式桁架也可在闸门的四周布置一系列交叉斜杆组成的闭合框架第条横拉门的行走支承由主滚轮和侧滚轮组成主滚轮承受门体的垂直荷载宜按对角线布置在门体的上下两端第条横拉门中的侧滚轮除起导向作用外还作为启闭过程中保证门体抗倾稳定的主要受力运转件侧轮应在靠近主滚轮处成对布置侧轮应能安全承受闸门运转中的水平力第条横拉门门体通过吊架与门顶行走支承连接吊架一般通过吊杆悬挂铰接在门顶主滚轮的车架上对跨度较小用单根钢丝绳牵引的横拉门吊架亦可直接与顶滚轮或车架铰接第条支承闸门的滚轮吊架
32、吊杆所受的荷载按门体上作用的垂直荷载可能产生的最大轮压乘以的不均匀系数计算第条为了减轻主滚轮所受荷载可在横拉门底主梁以上最低通航水位以下的各主梁之间设置浮箱或浮筒其位置可根据克服主滚轮偏重的要求决定浮力大小应按倾覆稳定通航水位风浪以及门体允许布置浮箱的空间等因素决定第条主滚轮的轴承可选用滑动轴承或滚动轴承滚动轴承宜选用能承受水平推力的推力轴承其水平力可按最大轮压乘以轮缘和轨道间的摩擦系数计算第条设置在端架门槽和门库支承墙处的支承应能安全传递闸门关闭挡水时的全部支承反力为了便于闸门关闭时顺利就位和紧密接触条形支承应制成楔形截面其坡度可取左右在朝向门槽一侧的端架顶部宜设置一对导向轮第条闸门各部位的
33、安装间隙必须根据使用要求确定应使固定支承的间隙为最小侧轮与侧轨的间隙应小于主滚轮轮缘与主轨道的间隙底止水与止水面的间隙第九章升降式平面闸门第条平面闸门的主梁布置有多主梁式和双主梁式一般采用多主梁式但对宽度较大高度较小的闸门也可采用双主梁式第条平面闸门的主梁有实腹式和桁架式两种一般可按跨度荷载情况水力学要求制造加工条件等因素通过技术经济比较选用为缩减门槽尺寸和节约钢材一般采用变高度的主梁梁高改变后的截面应满足强度要求第条平面闸门的边柱应采用实腹式对于滚动支承宜采用双腹板对于滑动支承可采用单腹板第条兼作溢洪和输水的平面闸门对其过流的底缘或顶缘形式应作适当处理第条在有压情况启闭的平面闸门宜采用滚动支
34、承滚动支承的滚轮应尽量按等荷载原则布置在静水中启闭的平面闸门也可采用滑动式支承第条在闸门上布置滚轮时为将各滚轮踏面调整在同一平面上宜采用偏心轴第条为保证闸门运转灵活平面闸门应设置反向和侧向导向装置导向装置一般采用导轮或滑块导轮或滑块与轨道之间宜有毫米的间隙当采用带弹簧垫的导轮时可不留间隙第十章三角闸门第条三角闸门的结构布置应尽量做到结构简单合理受力明确有一定的刚度同时尚应创造较好的过流条件第条三角闸门的边柱除传递垂直荷载以外还作为各支铰的联系构件其断面应具有较大的刚度并满足运转件的布置要求第条三角门的面板可做成以旋转中心为圆心的圆柱曲面小型三角门的面板可做成平面第条三角门两端的羊角宜对称布置对
35、承受单向水压力的三角闸门为改善止水的密封条件可做成非对称型式边羊角止水曲面的切线与船闸纵轴线夹角应和闸墙上止水凸缘的倾角相协调该夹角的取值和羊角在面板以外的外伸长度宜结合闸室停泊条件确定第条三角闸门的底枢可根据闸门的受力大小选用承受水平压力或不承受水平压力的型式第十一章阀门第一节平面阀门第条对于短廊道输水系统的平面阀门顶底止水宜设在上游面底缘斜面迎向下游面对于长廊道输水系统的平面阀门顶止水宜设在下游面底缘止水线的位置宜根据启闭力的要求确定此时底缘的上游面倾角可采用下游面倾角可采用大于或等于度如图图底缘示意图第条当船闸水头超过米无类似工程可参考时对阀门体型阀门底缘形状以及门体门井阀门段廊道细部布
36、置的选择应通过模型试验确定第条当顶止水布置在下游面且需利用水柱重闭门时则要求在运行的一定范围内与胸墙贴紧顶止水与胸墙的推荐尺寸见附录六第条主轨一般延长至孔口上一倍孔口高度导向埋件入口处应设有导向坡度以便于入槽第二节反向弧形阀门第条反向弧形阀门梁格的连接形式有等高结合和层叠结合可根据门井中水力学条件选定对于等高连接的反向弧形门上游面宜设有导流板形成双面板式结构当水头高尺寸较大时还宜在支臂上设置包板第条为了减小反向弧形阀门的振动支臂必须有足够的侧向刚度支臂与主横梁的连接宜采用焊接节点处必须保证刚性第条设计反弧门时应力求减少门井旋滚水流对门体的冲击当采用双面板式结构时设计中应尽量减小底缘夹角底缘上游
37、边与廊道底面的初始夹角可采用左右第条当采用层叠连接时竖梁腹板应有足够高度使门井旋滚水流在紧贴面板处有一定的通路并应尽量减小主横梁的阻流面积第条反向弧形阀门可采用悬臂式支铰结构使铰座受压阀门支铰座必须设置足够的底脚螺栓以承受由于动水压力产生的不稳定负荷其螺帽应考虑有效的防松措施第条反向弧形阀门面板与顶止水埋件突缘之间的间隙值不宜过大以免增大阀门初开时启闭力同时还应考虑到由于阀门在水压力作用下的变形温度升高引起支臂的伸长以及支铰磨损等因素的影响第条反向弧形阀门的顶止水在关门时不应承受门重压力应依靠其上的水柱重量使其与顶止水面压紧阀门的侧止水宜采用毫米的预压缩量顶底止水与侧止水之间应采用可独立变形的
38、联接型式第十二章启闭力第条人字闸门的启闭力计算一人字闸门的阻力矩可按下式计算顶枢和底枢的摩擦阻力矩千牛米风力阻力矩千牛米闸门移动惯性阻力矩千牛米水对闸门产生的阻力矩千牛米式中摩擦系数见附录七在垂直荷载作用下顶枢的水平反力千牛门扇及工作桥上的垂直荷载千牛门扇及其上的垂直荷载相应的质量吨顶枢轴直径米底枢蘑菇头轴径米门扇露出水面以上部分的高度米门扇淹没在水中部分的高度米门扇宽度米门扇全开的转动角度弧度开启闸门所需的总时间秒开门过程中的任意时间秒当开门瞬时最大风压强度千牛米计算风向与门扇轴线的夹角度人字门启闭时允许的水位差形成的压强一般取为千牛米相当于米的水位差二人字闸门启闭力千牛总式中总启门最大总阻
39、力矩千牛米总安全系数一般取为牵引力到旋转中心的力臂米第条升降式平面闸门阀门启闭力的计算一动水中启闭的闸门阀门启闭力计算应包括以下内容闭门力千牛启门力千牛式中摩擦阻力安全系数一般取为计算闭门力用的闸门自重修正系数一般取为计算启门力用的闸门自重修正系数一般取为闸门自重千牛作用在闸门上的水柱重量千牛加重块重量千牛上托力千牛按附录二采用下吸力千牛按附录二采用支承摩阻力千牛当采用滑动轴承时当采用滚动轴承时当采用滑动支承时作用在闸门上的总水压力千牛滚动轴半径厘米滚动轴承的平均半径厘米滚动半径厘米滚动轴承滚柱直径厘米滑动摩擦系数参照附录七选用滚动摩擦系数参照附录七选用止水摩阻力千牛作用在止水上的水压力千牛二
40、静水中启闭的升降式平面闸门的启闭力主要计入闸门自重及考虑一定的残余水位差引起的摩擦阻力残余水位差取为米对大中型升降式平面闸门取下限对小型升降式平面闸门取上限第条弧形闸门反向弧形阀门启闭力计算一闭门力千牛计算结果为正值时需加重为负值时依靠自重可以关闭二启门力千牛式中分别为转动铰摩阻力止水摩阻力闸门自重上托力和下吸力对弧形闸门转动中心的力臂米分别为加重或下压力和启门力对弧形闸门转动中心的力臂米止水摩阻力按升降式平面闸门启闭力计算方法计算当侧止水橡皮预留压缩量时尚应计入因压缩橡皮而引起的摩阻力其他符号与升降式平面闸门启闭力计算相同三弧形闸门在启闭运动过程中启闭力方向和力臂随闸门位置而变化必要时可绘制
41、启闭力过程线以确定启闭力最大值第条横拉闸门启闭力计算一启门力千牛式中安全系数取为摩擦阻力千牛当采用滑动轴承的滚轮时当采用滚动轴承的滚轮时当采用滑道时考虑轮缘及轮壳端面摩擦引起的附加阻力系数对于滚动轴承对于滑动轴承其中残余水位差引起的摩擦阻力千牛闸门浸水深度米闸门宽度米残余水位差形成的压强一般取为千牛米相当于米的水位差其中风压力引起的摩擦阻力千牛闸门受风压力部分的高度米设计风压强度千牛米二闭门力千牛第条三角闸门启闭力计算一三角闸门阻力矩的计算顶底枢摩擦阻力矩可按式计算底止水摩擦阻力矩千牛米对三角直线型止水对以门的旋转中心为圆心的圆形止水式中底止水承载宽度米底止水单位面积的压力值千牛米孔口半宽米闸
42、门面板至旋转中心垂直距离米中缝面板至旋转中心距离米闸门中心角度侧止水摩擦力矩千牛米式中侧止水橡皮承载宽度米止水单宽承受总的水压力千牛米侧止水橡皮中心至旋转中心距离米非对称式羊角引起的水压偏心阻力矩千牛米式中在面板外两羊角外伸长度差值米两羊角外伸长度差值中心至旋转中心的距离米水流力阻力矩千牛米式中水流力作用位置至旋转中心的距离米水流力千牛水流力系数参照港口工程技术规范第三篇荷载附表选取重力加速度米秒闸门受水流阻力面积米计算构件在与流向垂直平面上的投影面积水流速度米秒二根据闸门的结构止水型式羊角设置水流情况以及门库曲线等因素具体分析所承受的各项阻力矩分别按水头方向进行启闭闸门总阻力矩的组合计算三启
43、闭力计算启门力千牛闭门力千牛式中安全系数取为开启闸门的总阻力矩千牛米关闭闸门的总阻力矩千牛米牵引力至旋转中心的力臂该值随启闭机型式及作用位置而异米附录一升降式平面闸门阀门门槽型式的选择一宽深比的选择见附图矩形门槽适宜宽深比为较优宽深比为二错距比的影响将门槽下游边墙退缩形成错距可大大减弱射流对门槽下游隅角的顶冲从而减弱产生空穴的倾向是适应高速射流扩散的一种有效措施错距比应尽可能选用得小一些一般可选择错距比当需用较大的门槽宽度时可采用圆角予以辅助三斜坡坡度影响当门槽边墙采用错距时斜坡是衔接门槽下游角隅与下游边墙的措施一般可采用除特殊情况外不必将斜坡再放缓附图附图四圆角比的选择见附图门槽下游由方角改
44、为圆角可降低初生空穴数一般可用较优圆角半径毫米或圆角比宽门槽和矩形门槽可选择较大圆角比带错距与斜坡的门槽可选择较小圆角比附录二闸门阀门荷载计算的主要公式一闸门阀门自重计算闸门阀门自重可根据闸门阀门型式采用下列经验公式估算平面人字闸门附式中单扇门的自重千牛门扇的高度米门扇的长度米平面闸门当闸门宽度米当闸门宽度米附横拉闸门附平面阀门附式中阀门面积米二波浪压力计算波高及波长当需要计算波浪作用力而无可靠波高波长资料时参考下列公式计算平原地区船闸的闸门按西晓夫公式计算附附狭长山谷地带的船闸闸门按官厅水库公式计算附附式中波高米波长米计算风速米秒吹程千米库区船闸取闸坝前沿水面至对岸的最大直线距离一般河道船闸
45、取倍闸前水面宽度水深米港口附近的船闸闸门亦可参考现行港口工程技术规范的海港水文分册中有关规定计算波浪中心线在静水位以上的超高的计算公式附波浪压力波浪压力如附图所示静水面处的波浪压力水头为波顶压力水头为零当米时可取门底压力为零当米时可取米处门上水压为零三风荷载计算风荷载按现行荷载规范中有关规定计算四工作桥上的活荷载按均布荷载千牛米计五船舶撞击力设计船队在吨以下的船闸不考虑船舶撞击力经过论证需设置防撞设备的船闸不考虑船舶撞击力设计船队在吨的船闸船舶撞击力可按千牛计六设计条件下闸门在静水中启闭时门前后水位差附图人字闸门在计算顶底枢和背斜杆等门体结构和运转件时取米在计算启闭力时取米平面闸门在计算启闭力
46、时取米横拉闸门在计算启闭力和门体倾覆稳定时取米七动水启闭的升降式平面闸门阀门上托力和下吸力的计算上托力对于顶止水设在上游面的闸门阀门上托力可以忽略不计对于顶止水设在下游面的闸门阀门当水头小于米时亦可以忽略不计当水头大于米时应通过试验确定下吸力附式中下吸力千牛两侧止水间距米闸门底缘止水至主梁下翼缘的距离米闸门底缘部分的平均下吸强度一般按千牛米计算附录三闸门止水橡皮定型尺寸止水橡皮的定型设计各部尺寸见附图附表止水部位型号各部尺寸毫米顶侧止水侧止水转角止水底止水橡皮垫附图附录四结构计算的主要公式一结构计算简图及内力计算公式各种闸门阀门的次梁的计算简图根据梁系的布置情况可近似按简支梁或连续梁进行计算主
47、梁计算简图平面闸门阀门当止水设置在闸门阀门的上游面时实腹式主梁附附附图附图式中作用于梁上的均布荷载荷载跨度计算跨度支承反力最大弯距桁架式主梁图中桁架节点荷载由桁架上的总荷载除以节间数桁架高度一般为桁架支承反力桁架节间简支梁的弯矩各杆件内力按桁架进行分析上弦杆由水压力产生的弯矩按附图进行计算当止水设置在闸门阀门的下游面面板设在上游面时对不承受水柱荷载的主横梁按偏心受压构件计算见附图当止水设置在闸门阀门的下游面面板设在上游面时对承受水柱荷载的主横梁由于承受双向水压力及轴向力按双向偏心受压构件计算计算水柱重荷载分配时可假定一半由面附图板及部分腹板承担此部分不计另一半由主梁后翼缘及部分腹板承担后者可视
48、支承在竖向隔板上的多跨连续梁计算横拉门桁架式主梁附图各杆件的内力按桁架进行分析见附图上弦杆由水压力产生的弯矩的计算同附图实腹式主梁可按简支梁进行计算边柱计算平面闸门及平面阀门的边柱可按下列三种情况分析边柱上为两个滚轮闸门全关按偏心受压构件计算阀门及动水中启闭的闸门在开启过程中按偏心受拉构件计算边柱上为两个以上的滚轮其横向荷载引起的内力可按多跨连续梁计算然后考虑轴向荷载引起的内力边柱上的支承为分段滑块时在横向荷载作用下可近似地按支承反力作用于每段滑块的中心来计算边柱的内力然后考虑轴向荷载引起的内力当滑块布满边柱全长时由于边柱内力很小其截面尺寸可按构造要求选定对承受侧向水压力的边柱还应考虑侧向荷载
49、对边柱引起的内力二结构验算的主要公式面板面板的应力系数表四边固定板受均载的弯应力系数附表验算点支承长边中点支承短边中点验算点支承长边中点支承短边中点面板的有效宽度面板兼作主次梁翼缘的有效宽度可按下列二式计算并取其中的较小值附附式中面板有效宽度系数可按附表查得对于简支梁或连续梁的正弯矩段应采用表中的对于连续梁的负弯矩段或悬臂段应采用表中的三边固定另一边简支板受均载的弯应力系数附表情况情况验算点支承长边中点支承短边中点支承长边中点支承短边中点两邻边固定另两边简支板受均载的弯应力系数附表验算点支承长边中点支承短边中点整体弯压应力影响系数点控制附表注为面板支承长边中点的整体弯应力或压弯应力当主梁之间布置水平次梁时可初估当不布置水平次梁时可取整体弯应力或压弯应力影响系数点
