關(guān)于鋼壩閘底橫軸連接方式與支鉸座優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討

衛(wèi)曉賢

（上海市政設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）第六設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥230031）

1 概述

鋼壩閘由門葉、底橫軸、支鉸座、底止水裝置、側(cè)止水裝置、液壓驅(qū)動(dòng)裝置、液壓鎖定裝置等組成。閘門傳動(dòng)原理：鋼壩閘底橫軸的兩端穿過墻外伸，其外伸端與啟閉機(jī)連接，啟閉機(jī)庫位于閘墩內(nèi)。通過控制閘墩兩側(cè)的啟閉機(jī)的向上游和下游運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)底橫軸翻轉(zhuǎn)門的啟閉及開度控制。其中，底橫軸作為門葉豎向懸臂梁的固端和閘門啟閉驅(qū)動(dòng)軸，其剛性連接或柔性連接的問題值得研究。同時(shí)，傳統(tǒng)的封閉式支鉸座開孔處常成為漏水的主要部位。因此，關(guān)于鋼壩閘底橫軸連接方式與支鉸座優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究具有較大的意義。

2 設(shè)計(jì)方案

鋼壩閘底橫軸一般有兩種連接方式，即剛性連接和柔性連接。剛性連接為整個(gè)底軸通過焊接連接在一起，柔性連接為底軸焊成兩段，兩段間采用波紋管連接。

鋼壩閘的支鉸座有兩種型式，一種為開放式支鉸座，另一種為封閉式支鉸座。兩種型式結(jié)構(gòu)分別見圖1、圖2。

目前，鋼壩閘底橫軸連接方式及支鉸座型式之間有三種組合方式，即方案一為底橫軸剛性連接+封閉式支鉸座，方案二為底橫軸剛性連接+開放式支鉸座，方案三為底橫軸柔性連接+封閉式支鉸座。

3 方案比較

現(xiàn)分別從受力特點(diǎn)、適應(yīng)地基沉降、對(duì)啟閉機(jī)同步的要求、底止水封閉效果4 個(gè)方面進(jìn)行比較分析。

3.1 受力特點(diǎn)

方案一中底橫軸為一剛性軸，同時(shí)受彎曲和扭轉(zhuǎn)，從受扭分析，剛性軸受水壓力對(duì)門體的推力形成的外力偶和兩側(cè)拐臂的反向力偶共同作用，軸的扭轉(zhuǎn)角較小；封閉式支鉸座在閘門震動(dòng)時(shí)有很好的固定作用。方案二中底橫軸的受力同第一種方案，軸的扭轉(zhuǎn)角較??；但開放式支鉸座由于鉸座多且墩墻也承受力，受力點(diǎn)較分散。方案三中橫軸中間為柔性連接，同時(shí)受彎曲和扭轉(zhuǎn)，從受扭分析，軸從中間簡化為2 段剛性體，每段均為懸臂結(jié)構(gòu)，水壓力對(duì)門體推力形成外力偶和一側(cè)拐臂的反向力偶共同作用，軸的扭轉(zhuǎn)角較大；支鉸座受力同第一種。

3.2 適應(yīng)地基沉降

方案一封閉式支鉸座適應(yīng)地基沉降較差，對(duì)地質(zhì)條件要求高；方案二中開方式支鉸座適應(yīng)地基沉降較好；方案三底橫軸柔性連接方式適應(yīng)地基沉降較好。

3.3 對(duì)啟閉機(jī)同步的要求

方案一和方案二中底橫軸剛性連接對(duì)啟閉機(jī)同步要求較底橫軸柔性連接低；而方案三中底橫軸柔性連接對(duì)啟閉機(jī)同步要求較高。

3.4 底止水封閉效果

方案一和方案三均由于在支鉸座處斷開了底止水，該處通常成為漏點(diǎn)；而方案二使底止水連成一片，止水效果好。

4 工程實(shí)例

羅河蓄水壩位于安徽太湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，蓄水水位為31.60m，上游設(shè)計(jì)洪水位33.60m，50 年一遇設(shè)計(jì)洪水流量625.0m3/s。由于該項(xiàng)目蓄水壩壩型不僅有景觀要求，且洪水期有泄洪的要求，具有過流量大、壩前水位漲落頻繁的特點(diǎn)，壩身需要具有調(diào)節(jié)水位和溢流的作用。經(jīng)比較設(shè)置鋼壩閘單獨(dú)行洪。

羅河鋼壩閘為開敞式水閘，共1 孔，單孔凈寬42m，門底轉(zhuǎn)軸直徑1.2m，底檻高程28.10m，門頂高程31.60m。閘墩頂高程為34.20m；閘室順?biāo)鞣较蜷L22.0m，閘墩順?biāo)鞣较蜷L22.0m，閘墩厚6.0m，閘室總寬度為54.0m。鋼壩閘立面圖見圖3。

圖3 羅河鋼壩閘立面圖

羅河鋼壩閘閘門門體采用縱向懸臂梁的體系，共設(shè)置20 道縱梁；頂部設(shè)有通長的連接橫梁，縱梁、橫梁、底軸形成翻板閘門的主受力框架。面板設(shè)置在上游側(cè)，材質(zhì)采用復(fù)合不銹鋼，下游側(cè)根據(jù)外觀要求包制面板。閘門門體厚度均為0.7m。

旋轉(zhuǎn)底軸直徑均為φ1200，采用鋼板卷制、焊接，再進(jìn)行表面加工，共分成5 段，兩端之間采用現(xiàn)場(chǎng)焊接的方式連成整體，拐臂與底軸之間采用梅花平鍵連接。

支鉸座布置于河道中和兩側(cè)的空箱內(nèi)，河道中共設(shè)置6 個(gè)支鉸座，支鉸座采用開敞結(jié)構(gòu)，間距為7.8m?？障鋬?nèi)共設(shè)置4 個(gè)支鉸座，一邊2 個(gè)，采用封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。具體見圖4、圖5。

圖4 羅河鋼壩閘中間支鉸

圖5 羅河鋼壩閘空箱內(nèi)支鉸

閘門在底部及兩側(cè)設(shè)有水封裝置，共同形成U 型的止水裝置。底部止水采用P 型，通過螺栓固定在底檻上，在底軸旋轉(zhuǎn)的過程中，P 型止水始終與底軸表面保持預(yù)壓狀態(tài)的接觸。側(cè)止水采用φ 型止水，處于預(yù)壓狀態(tài)，所有止水橡皮材質(zhì)均采用SF6674。為保證水封安裝就位的準(zhǔn)確性，水封均設(shè)有限位擋塊。

羅河鋼壩閘采用兩種支鉸座相結(jié)合。

5 結(jié)論

鋼壩閘底橫軸剛性連接+開放式支鉸座這種組合方式不僅能較好適應(yīng)地基不均勻沉降，同時(shí)對(duì)啟閉機(jī)同步要求不高，同時(shí)能較好的解決傳統(tǒng)封閉式底座帶來的底止水漏水的問題，這對(duì)以后鋼壩閘的設(shè)計(jì)存在一定的指導(dǎo)意義。