水闸

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弧形闸门   具有弧形挡水面板,沿弧形门槽轨道绕水平铰轴旋转启闭的挡水设施。弧形闸门泄流时水流比较符合自由出流的流态,闸墩侧面无门槽干扰,水力条件较好,广泛用于水利水电和水运工程上,多作为工作闸门。它的挡水面板是以支铰为圆心的圆弧曲面,面板曲率半径(R)与门高(H)的比值,在露顶式闸门中,约为1.0~1.5;在潜没式闸门中,约为1.1~2.2。前者的支铰座宜位于(1/2~3/4)H附近;后者的可位于1.1H以上。闸门主要组成部分是门叶、支臂和支铰。门叶由面板、水平次梁、竖直次梁、连接系、主横梁或主纵梁等组成。主梁与支臂组成框架。梁格的构造与平面闸门类似,其区别是弧形闸门有时用层叠连接,来简化制作与安装。

弧形闸门的结构型式  按其主梁布置方式可分为主横梁式弧形闸门和主纵梁式弧形闸门两种。

(1)主横梁式弧形闸门(图1)。它由主横梁与支臂组成横向主要受力框架,该主框架按支臂支承位置及方式的不同,有3种形式:支臂与主横梁支臂直交支承,并按在主横梁两端设置悬臂段与否分为两种形式;第三种为支臂斜交支承、主横梁两端设有悬臂段的形式[图1(a)]。后者常用于孔口宽高比较大的露顶式弧门;而前者中主横梁两端悬臂的形式多用于潜没式弧门,直支、两端无悬臂的形式已较少采用。

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(2)主纵梁式弧形闸门(图2)。由主纵梁与上、下支臂组成竖向多层三角形框架作为主要受力构件,适用于孔口宽高比小的潜没式弧门。

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支铰的形式 弧形闸门通过支臂端部的支铰旋转启闭,并将承受的水压力传给闸墩,因此支铰是闸门的重要组成部分。其主要结构型式有圆柱铰、圆锥铰和球铰3种(图3)。

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它们均由铰链(活动部分)、铰座(固定部分)、轴承和轴组成。圆柱铰构造简单,制造安装方便,最常用。其优点是不需设牛腿,但重量和造价比圆柱铰高,制造安装较复杂,曾在荷载大的闸门上采用。球铰构造复杂些,它比圆柱铰多一个转动的自由度,受力条件好。可适应微调,有助于闸门安装。露顶式弧门的圆柱铰和球铰的铰座都需要安装在从闸墩伸出的牛腿上,当闸门的荷载较大时,为避免钢筋混凝土牛腿尺寸过大和闸墩混凝土被拉裂,有时采用钢牛腿或预应力牛腿闸墩(如中国的葛洲坝工程等)来承受支铰座处的集中力。

表征弧形闸门功能的主要参数是封闭孔口的面积和承受总水压力的大小。五强溪水电站在溢洪道的表孔中,弧门封闭孔口的面积已达437㎡;天生桥一级水电站在高水头泄洪隧洞深孔中,弧门承受的总水压力已达87.35 MN。

由于露顶式弧形闸门主要由主梁与支臂组成的上、下两组框架承受全部水压力,支臂在框架平面内的计算长度较大,因此,要加强支臂与主梁及支臂另一端连接的固接程度,如采用摩擦型高强度螺栓的连接方法。在框架平面外,可设置支臂中间支撑体系,减小其相应的计算长度;同时在两支臂端部外侧以加强板封闭成刚性节点,增强门体框架刚度,有助于防止支臂在框架子平面内、外丧失稳定。适当考虑支铰摩阻力对支臂所引起的附加弯矩;对露顶式弧门上支臂宜适当加强等措施。为避免潜没式弧门胸墙底部在潮浪作用下引起强压气囊冲击,使支臂产生屈曲而致失稳破坏,应在进口胸墙段上开孔排气减压。

弧形闸门的优缺点 优点:①闸门的重量较轻,埋件较少,启门力小。②无门槽,边界水流条件好。③露顶式弧形闸门能封闭大面积孔口,所需要的闸墩高度和厚度较小。缺点:①不能提出孔口,维护、检修条件较差。②露顶式弧形闸门需要的闸墩较长,潜没式弧形闸门的闸室则需要较大的空间,布置不紧凑。


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