綜述平面鋼閘門的設(shè)計(jì)、制造和破壞

贛州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 江西贛州 341000

摘要：本文收集相關(guān)資料綜合闡述平面鋼閘門設(shè)計(jì)需要注意的要點(diǎn)、制造焊縫問題和存在破壞型式，為從事平面鋼閘門的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行提供一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：閘門；設(shè)計(jì)；制造；破壞

1.綜述

在水利水電工程中，平面鋼閘門是采用最廣泛的閘門型式之一。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于水利樞紐中泄洪系統(tǒng)、引水系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等；但也存在啟閉力大、局部開啟條件差等缺點(diǎn)，在高水頭水電站及大型水利水電建設(shè)中，平面鋼閘門的應(yīng)用受到一定的限制。平面鋼閘門作為一種廣泛采用的閘門型式，故需要對(duì)其的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、制造注意問題和存在破壞型式的了解是必要的?，F(xiàn)針對(duì)以上三個(gè)方面分別進(jìn)行闡述如下。

2 平面鋼閘門設(shè)計(jì)

2.1 門體設(shè)計(jì)

平面閘門是一個(gè)承受彎曲作用的板梁組合結(jié)構(gòu)。水利水電規(guī)范采用平面體系方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化計(jì)算。具體計(jì)算過程如下：首先計(jì)算最大水壓力荷載，再將荷載的傳遞順序依次為面板、次梁、主梁、邊柱和支承構(gòu)件，最后按照結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算一系列簡(jiǎn)化計(jì)算圖形，例如四周不同邊界條件的彈性薄板、多跨均布荷載連續(xù)次梁、簡(jiǎn)支均布荷載主梁、集中荷載的邊柱等，根據(jù)各個(gè)構(gòu)件所分配的荷載來選擇構(gòu)件的截面尺寸和相關(guān)參數(shù)，驗(yàn)證其剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性是否滿足規(guī)范要求。平面鋼閘門按平面體系計(jì)算見圖和方法都已非常成熟，而且規(guī)范有明確規(guī)定。

對(duì)高水頭、大跨徑或復(fù)雜的平面鋼閘門結(jié)構(gòu)采用平面體系計(jì)算存在較大的計(jì)算誤差，其原因?yàn)椋浩矫骟w系設(shè)計(jì)方法按照實(shí)際可能產(chǎn)生最不利荷載，對(duì)各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性計(jì)算，而忽略閘門在實(shí)際工作中是一個(gè)完整的空間結(jié)構(gòu)體系的，作用荷載將由全部構(gòu)件共同分擔(dān)。根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范 SDJ13-78》的修訂說明，平面鋼閘門采用空間體系的計(jì)算結(jié)果與平面體系的計(jì)算結(jié)果相差10%～15%左右。

平面鋼閘門設(shè)計(jì)時(shí)除考慮正常水壓力荷載以外，還需考慮可能發(fā)生的地震荷載、冰荷載、漂浮物撞擊等荷載。閘門應(yīng)取最不利運(yùn)行工況下的荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)并留有一定的安全度。

2.2支承設(shè)計(jì)

平面鋼閘門常見的支承型式有滑動(dòng)和滾動(dòng)。其中采用滑動(dòng)鋼閘門一般運(yùn)用在水頭低的工作閘門或者檢修閘門，而采用滾動(dòng)閘門應(yīng)用在水頭較高的工作閘門。

滑動(dòng)閘門最常見的滑塊有壓合膠木滑塊，但其機(jī)械性能不穩(wěn)定，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，使其摩擦系數(shù)增大，增加閘門的啟閉力?，F(xiàn)主要采用潤(rùn)滑鋼基銅基復(fù)合板，由于存在潤(rùn)滑作用，摩擦系數(shù)小，降低閘門的啟閉力。

滾動(dòng)閘門的滾輪有單曲率定輪和雙曲率定輪。單曲率定輪的接觸形式為線接觸，接觸應(yīng)力較低，而雙曲率定輪的接觸形式為點(diǎn)接觸，接觸應(yīng)力較高，對(duì)定輪的機(jī)械性能要求高。

3平面鋼閘門制造

平面鋼閘門是由鋼板組成基本構(gòu)件，如面板、次梁、主梁等，再組裝配成閘門。其中，平面鋼閘門的連接方式有焊縫連接、鉚釘連接和螺栓連接。

焊接是平面鋼閘門最主要的連接方式。它具有加工簡(jiǎn)單，一定條件下可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高生產(chǎn)效率。鉚釘連接工藝復(fù)雜，既費(fèi)鋼又費(fèi)時(shí)，很少采用。螺栓連接分為普通螺栓和高強(qiáng)度螺栓，目前應(yīng)用在部分閘門部分零件的連接上。

焊接作為最主要的連接方式，焊縫若存在缺陷，對(duì)閘門存在安全隱患，因?yàn)楹缚p是閘門結(jié)構(gòu)整體特性的根本保證。焊縫缺陷為外部缺陷和內(nèi)部缺陷。外部缺陷主要指焊縫尺寸不符合要求、焊穿、咬邊、表面氣孔、表面裂紋等，而內(nèi)部缺陷是無法用肉眼觀測(cè)需通過無損探傷的方法采用發(fā)現(xiàn)，其缺陷類型有內(nèi)部氣孔、內(nèi)部裂紋、夾渣、未焊透等。在平面鋼閘門設(shè)計(jì)時(shí)，需計(jì)算焊縫尺寸，不能隨意估計(jì)。

4 平面鋼閘門破壞

平面鋼閘門作為最廣泛的閘門型式之一，在水利樞紐中，其應(yīng)用量很大?，F(xiàn)根據(jù)相關(guān)資料收集，綜述平面鋼閘門的應(yīng)用情況和存在破壞型式。大體上存在以下三個(gè)方面的破壞型式：（1）閘門無法正常開啟；（2）閘門腐蝕嚴(yán)重，閘門無法正常使用；（3）閘門振動(dòng)破壞。

引起平面鋼閘門無法正常開啟的原因有多種，例如閘門運(yùn)行多年，滑動(dòng)閘門的滑塊磨損或者滾動(dòng)閘門的滾動(dòng)支承銹死，從而使支承摩擦系數(shù)增大，增加閘門啟閉力。再如常規(guī)平面鋼閘門止水是將止水橡膠預(yù)留一定壓縮量，這樣在啟閉過程中，會(huì)出現(xiàn)止水橡膠磨損和老化，使止水摩擦阻力增大，增加閘門啟閉力。

引起平面鋼閘門腐蝕嚴(yán)重?zé)o法正常使用的主要原因?yàn)殚l門的防腐在運(yùn)行多年后，因水流和大氣侵蝕，閘門還是會(huì)受到腐蝕，根據(jù)《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》，當(dāng)構(gòu)件蝕余厚度小于6mm，必須更換；主要構(gòu)件發(fā)生銹損，應(yīng)進(jìn)行輕度、剛度復(fù)核計(jì)算，不滿足要求，必須更換；當(dāng)需要更換構(gòu)件達(dá)到30%以上，閘門應(yīng)報(bào)廢。

引起平面鋼閘門振動(dòng)的原因有多種，例如閘門剛度過小，閘門小開度開啟運(yùn)行。平面鋼閘門的振動(dòng)可能會(huì)造成閘門主要受力構(gòu)件的斷裂或者焊縫撕裂，使得閘門無法正常使用。所以在保證閘門應(yīng)有充足的剛度條件下，閘門的運(yùn)行條件避免小開度運(yùn)行。

5小結(jié)

通過平面鋼閘門在設(shè)計(jì)、制造和破壞三方面的綜述，發(fā)現(xiàn)平面鋼閘門運(yùn)行出現(xiàn)的問題，是設(shè)計(jì)需注意問題，隨著問題的原因深入分析，會(huì)使得平面鋼閘門設(shè)計(jì)會(huì)越來越合理。