閘門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文

時(shí)間:2022-04-14 10:32:12

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閘門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文

1進(jìn)口檢修閘門(mén)及其啟閉設(shè)備

由于事故閘門(mén)在非小頻率洪水期,長(zhǎng)期處于擋水狀態(tài),且隧洞又較長(zhǎng),水頭較高,經(jīng)分析比較,在事故閘門(mén)前設(shè)置1道檢修閘門(mén)是必要的,用來(lái)事故閘門(mén)及其埋件檢修時(shí)擋水。檢修閘門(mén)孔口尺寸為10.5m×10.5m,按正常蓄水位設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)水頭為40m。其底坎高程為224.00m,閘門(mén)檢修平臺(tái)高程為278.25m。檢修閘門(mén)為焊接結(jié)構(gòu),主體材料根據(jù)其工作環(huán)境溫度、操作條件及荷載工況設(shè)計(jì)為Q345B,主橫梁采用工字型實(shí)腹等截面焊接結(jié)構(gòu),閘門(mén)主支承采用高強(qiáng)度鋼聚甲醛復(fù)合材料滑道,較常用的鑄鐵滑塊摩擦系數(shù)低,可以大大降低啟閉機(jī)容量,節(jié)省了工程投資。門(mén)葉結(jié)構(gòu)按國(guó)家運(yùn)輸單元?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)沿高度方向設(shè)計(jì)成5節(jié)制造運(yùn)輸,在現(xiàn)場(chǎng)焊接連成整體,閘門(mén)采用上游止水方式。閘門(mén)的操作條件為靜水啟閉,閘門(mén)充水平壓方式采取節(jié)間充水平壓方式和小門(mén)充水平壓方式兩種進(jìn)行比較??紤]閘門(mén)孔口尺寸較大,為大型平面滑動(dòng)閘門(mén),設(shè)計(jì)水頭又高,采用節(jié)間充水平壓方式,會(huì)引起閘門(mén)振動(dòng),存在安全隱患。因此,經(jīng)綜合比較采用小門(mén)充水平壓方式是合適的,當(dāng)閘門(mén)前后水頭差達(dá)到預(yù)先設(shè)定值時(shí)靜水啟門(mén)。檢修閘門(mén)的數(shù)量為1孔1扇,選用1門(mén)1機(jī)的布置方式,經(jīng)計(jì)算選用1×1600kN高揚(yáng)程固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作,閘門(mén)平時(shí)鎖定在檢修平臺(tái)上,不存在鋼絲繩泡水問(wèn)題,也避免了采用拉桿裝拆繁瑣問(wèn)題。閘門(mén)鎖定梁采用如意式自動(dòng)鎖定梁,較常用的人工及半自動(dòng)工字梁操作方便,省時(shí)省力,安全可靠。啟閉機(jī)平臺(tái)的布置根據(jù)啟閉機(jī)上極限、閘門(mén)充水行程及閘門(mén)整節(jié)吊離孔口并留有檢修底水封的空間高度,確定啟閉機(jī)平臺(tái)高程為296.50m。

2進(jìn)口事故閘門(mén)及其啟閉設(shè)備

在檢修閘門(mén)下游側(cè)設(shè)有1道1孔1扇事故閘門(mén),在隧洞及出口工作閘門(mén)發(fā)生事故時(shí)可起到保護(hù)作用。事故閘門(mén)孔口尺寸為10.5m×10.5m,其底坎高程為224.00m,閘門(mén)擋水水位按萬(wàn)年校核水位268.50m設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)水頭按系列水頭取為45m,閘門(mén)檢修平臺(tái)高程為278.25m。事故閘門(mén)為焊接結(jié)構(gòu),閘門(mén)主體材料依據(jù)其工作環(huán)境溫度、操作條件及荷載工況設(shè)計(jì)為Q345B,由于底主橫梁荷載較大,采用箱型梁實(shí)腹等截面組合梁,其他主橫梁采用工字型實(shí)腹等截面組合梁。閘門(mén)主輪材料依據(jù)輪壓荷載選為ZG35Cr1Mo,采用偏心軸定輪支承,以便在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí),調(diào)整各主輪踏面高度,使每個(gè)主輪踏面盡量在同一平面內(nèi)。因閘門(mén)跨度較大,為保證主輪與主軌踏面接觸良好,主輪軸承選用自潤(rùn)滑關(guān)節(jié)軸承,以便適應(yīng)主輪處轉(zhuǎn)角。門(mén)葉按國(guó)家運(yùn)輸單元?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)分5節(jié)設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)輸,在工地焊接連成整體。閘門(mén)采用上游止水方式,以避免閘門(mén)長(zhǎng)期處于擋水狀態(tài)而使主輪泡水而發(fā)生銹蝕破壞。閘門(mén)的操作條件為利用配重動(dòng)水閉門(mén),閘門(mén)的配重可選擇利用水柱和鑄鐵配重兩種方式,考慮利用水柱閉門(mén)閘門(mén)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,啟閉機(jī)容量大,投資相對(duì)較高,選用了簡(jiǎn)便易行的鑄鐵加重塊布置固定在閘門(mén)門(mén)葉梁格內(nèi),用來(lái)滿足動(dòng)水閉門(mén)的要求。閘門(mén)充水平壓方式可采用節(jié)間充水和小門(mén)充水兩種方式,考慮閘門(mén)孔口尺寸較大,為大型平面定輪閘門(mén),設(shè)計(jì)水頭又高,為避免充水時(shí)引起閘門(mén)振動(dòng),埋下安全隱患,采用了在門(mén)體上開(kāi)小門(mén)充水平壓方式,當(dāng)閘門(mén)前后水壓差達(dá)到設(shè)定的數(shù)值后靜水啟門(mén)。閘門(mén)啟閉設(shè)備考慮了固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)和液壓?jiǎn)㈤]機(jī)兩種啟閉設(shè)備,對(duì)于該部位兩種啟閉設(shè)備都需要水工布置安裝固定排架,如使用液壓機(jī)需配拉桿,增加了施工及運(yùn)行期安裝與拆卸的工程量。固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)較液壓?jiǎn)㈤]機(jī)造價(jià)低廉,更經(jīng)濟(jì)合理,足以滿足操作閘門(mén)的要求。因此,閘門(mén)選擇了2×2500kN高揚(yáng)程固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行操作。閘門(mén)平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài),啟閉機(jī)吊具直接與閘門(mén)吊耳相連接,由于閘門(mén)為上游止水,不存在鋼絲繩泡水問(wèn)題。啟閉機(jī)安裝高程根據(jù)啟閉機(jī)上極限、小門(mén)充水行程高度及閘門(mén)整節(jié)吊離孔口在檢修平臺(tái)以上有一定的裕度綜合考慮,確定啟閉機(jī)布置在296.50m高程的平臺(tái)上。

3出口工作閘門(mén)及其啟閉設(shè)備

在隧洞出口閘室段設(shè)1道1孔弧形工作閘門(mén),用來(lái)調(diào)節(jié)50年一遇及以下小頻率洪水,閘門(mén)平時(shí)處于開(kāi)啟狀態(tài),當(dāng)事故閘門(mén)開(kāi)啟需進(jìn)行充水平壓前,工作閘門(mén)下閘擋水,有局部開(kāi)啟要求。由于弧形閘門(mén)無(wú)門(mén)槽,水流條件較平面閘門(mén)好,能更好地滿足閘門(mén)局部開(kāi)啟調(diào)節(jié)泄量的要求,因此,工作閘門(mén)型式選用弧形閘門(mén)。工作閘門(mén)孔口尺寸為8.8m×8.8m,其底坎高程為193.00m,支鉸中心至底板距離確定為13.0m,閘門(mén)擋水水位按萬(wàn)年校核水位268.50m設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)水頭按系列水頭取為76m,弧門(mén)面板外緣半徑為18m,經(jīng)流激振動(dòng)試驗(yàn)表明閘門(mén)布置合理滿足泄洪時(shí)支鉸不阻水及局部開(kāi)啟要求。閘門(mén)采用直支臂主縱梁焊接結(jié)構(gòu),按常用的計(jì)算方法,初步確定斷面形式及尺寸,再通過(guò)有限元計(jì)算方法進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性分析,根據(jù)有限元計(jì)算成果加強(qiáng)了斷面尺寸。門(mén)葉主縱梁為焊接組合箱型梁,縱隔板為實(shí)腹T型焊接結(jié)構(gòu),主梁和支臂均采用組合式焊接結(jié)構(gòu),閘門(mén)主體材料依據(jù)其工作環(huán)境溫度、操作條件及荷載工況設(shè)計(jì)為Q345B。閘門(mén)頂水封結(jié)構(gòu)形式在門(mén)葉和門(mén)楣上各設(shè)一道,門(mén)葉上P型橡皮頂止水可沿水流方向在水封座板上移動(dòng),避免了支臂受水壓后的彈性壓縮使閘門(mén)漏水,門(mén)楣上水封采用轉(zhuǎn)角式,利用水壓力將水封壓緊在面板上。支鉸型式為圓柱鉸,支鉸材料為ZG35Cr1Mo,支鉸軸承為銅基鑲嵌自潤(rùn)滑球面軸承。支臂與門(mén)葉、支臂與支鉸之間均采用螺栓聯(lián)接,為了承受支鉸的作用力和便于閘門(mén)的精確安裝,設(shè)置了支承面經(jīng)加工的支承鋼梁,鋼梁埋入二期混凝土內(nèi)與一期混凝土埋件相連接,有效地將閘門(mén)所承受的荷載安全的傳遞到混凝土中去。潛孔弧形工作閘門(mén)啟閉設(shè)備可選用弧門(mén)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)和液壓?jiǎn)㈤]機(jī)兩種型式,但經(jīng)計(jì)算該閘門(mén)需要1600kN閉門(mén)力才可動(dòng)水閉門(mén),使用弧門(mén)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作需要加配重,這樣必然增加啟門(mén)力,啟閉機(jī)的容量和重量以及外形尺寸都要相應(yīng)增加,勢(shì)必造成開(kāi)挖量增大,造成浪費(fèi)。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)本身可以設(shè)計(jì)成具有1600kN閉門(mén)力的型式,節(jié)省了配重,減小了啟門(mén)力,外形尺寸小,布置整齊、美觀。經(jīng)綜合比較選擇了中間鉸支搖擺式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作該閘門(mén)。液壓?jiǎn)㈤]機(jī)布置在225.8m高程液壓?jiǎn)㈤]機(jī)室內(nèi),啟閉容量為4500kN/1600kN(啟門(mén)力/閉門(mén)力),一臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)設(shè)置一套泵站進(jìn)行操作和控制,液壓?jiǎn)㈤]機(jī)吊點(diǎn)型式為單吊點(diǎn),根據(jù)閘門(mén)的啟閉高度,確定啟閉機(jī)的工作行程13m,最大行程13.2m。

4結(jié)語(yǔ)

工程泄洪兼導(dǎo)流洞金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備設(shè)計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求,且有一定的安全裕度及靜力安全儲(chǔ)備,尤其是對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的超大型弧形工作閘門(mén)的設(shè)計(jì),采用了常規(guī)的手算結(jié)合有限元分析及流激振動(dòng)試驗(yàn)相互驗(yàn)證的方式,確保了閘門(mén)強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性均能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

作者:馬會(huì)全袁偉王緒建單位:中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司