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1、船闸的闸门和阀门,第一节 荷载,作用在船闸的闸门和阀门上的荷载主要有两大类： 设计荷载 校核荷载,一、设计荷载,（1）闸、阀门自重； （2）门上固定设备的重量； （3）静水荷载（包括浮托力）； （4）动水荷载； （5）风荷载； （6）波浪作用力； （7）工作桥上的荷载； （8）泥沙荷载； （9）启闭力； （10）闸门运转时的水阻力及其它荷载。,（1）校核水位下的静水荷载； （2）船舶撞击力； （3）闸（阀）门安装时产生的荷载及试验荷载。,二、校核荷载,1、静水荷载,工作闸门最大水位组合：上游校核洪水位下游最低通航水位。 事故闸门：上游为最高设计水位闸室无水。 检修闸、阀门：迎水面为检修最高水位
2、闸室无水。 工作闸门、阀门的校核静水荷载：上游为非常洪水位或其他最高水位下游为相应的低水位。,2、动水荷载,闸、阀门上的设计动水荷载，在没有实验资料的情况下，可按下述规定计算： 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，视级别、水流条件及门形等因素，取为设计静水荷载乘以1.01.2的动力系数。 廊道输水系统工作阀门的设计动水荷载，取设计静水荷载乘以压力系数和动力系数（p 152）。,3、波浪压力,闸门所受的波浪压力的计算，可参考第六章第一节的荷载计算（p114）。,4、船舶撞击力,设计船队在2000t以下船闸，闸门设计不考虑船舶撞击力的作用。经过论证，设
3、置有防撞设备的船闸，亦可不考虑船舶撞击力的作用。 2000t4000t的船闸，船舶撞击力可按300kN计算。,门型选择,常用闸、阀门型式： 人字门； 平板门（升降、横拉式）； 三角门； 反向弧形阀门； 门上小门等。,1 、人字闸门,平面形状：分平面和拱形人字门； 门扇结构和梁格布置：分为横梁式和立柱式。 横梁式受力明确，结构刚度大，制造安装方便，应用广泛。,2、平面闸门,（1） 升降式 根据不同水位差和闸首布置情况，闸门可以布置成下降式或提升式。,（2）垂直提升阀门,（3） 横拉闸门,3、 三角闸门,国外三角闸门的挡水面多做成圆弧形，因此亦称扇形闸门。常用于低水头头部输水的船闸和承受双向水头的
4、中小型船闸。,4、 反向弧形阀门,第三节 横梁式人字闸门,横梁式人字闸门的门扇结构面板、主横梁、次梁、门轴柱和斜接柱及背斜杆等组成。 主横梁是主要的受力构件，在主横梁间布置竖立次梁。水压力由面板和次梁传给主横梁，然后由主横梁通过斜接柱和门轴柱上的支垫块和枕垫块形成三铰拱而传至闸首边墩。,1、主横梁 2、竖立次梁 3、斜接柱 4、门轴柱 5、背斜杆,启闭齿条,一、门扇的基本尺度,1、门扇长度 门扇的计算长度 是门扇支垫块的支承面到两扇门互相支承的斜接面的距离。其值可按下式计算：,2、门扇厚度,门扇厚度是指主横梁高度，一般根据门扇高度，宽度及荷载情况，在（1/81/10） 之间选用。,3、门扇高度
5、,门扇高度是指闸门面板底至顶的距离，其值可按下式计算： （7-2）,式中： H上游设计最高水位与上游最低通航水位之间的水位差（上闸首闸门），m； hk门槛水深， m； k闸门面板顶在上游设计最高水位上的超高，一般取为（0.20.5）m； m闸门面板底与门槛顶的距离，通常取（0.150.25）m，当闸门关闭，门底止水位于门槛侧面时取正值，在门槛顶面时取负值。,4、转轴中心的确定,人字闸门顶枢与底枢中心连接线在平面上的投影位置，称为闸门转动轴的中心。,确定转轴中心位置的原则是： 闸门关闭时，支垫块与枕垫块有良好的接触条件，以传递主横梁的反力； 闸门开启时，能立即脱开，以减少摩擦阻力，并保证门扇完全
6、隐入门龛内，且留有10cm20cm的富裕量。,转轴中心o位置确定方法（几何）：,（1）绘出闸门关闭时的门扇轴线、轮廊线以及支垫块与枕垫块支承面的法线，即反力RA的作用线（与门扇轴线成角）； （2）绘出闸门全开时的门扇轴线，此轴线的位置可以从闸墙边缘按门扇完全隐于门龛中并保持10cm20cm的余隙而求得； （3）从两个门扇轴线的交点 O上作其相应补角的等分角线； （4）将反力RA作用线向上游平行移动4cm10cm与补角等分角线交于o，则点o即为转轴位置。这样当门扇开启时，支垫块易于离开枕垫块，而当关门的最后瞬间两者才互相接触而抵紧。,二、门扇结构主要构件的计算,1、梁格布置 在横梁式人字闸门中，
7、主横梁一般按等荷载原则布置，其间距应考虑支承运转件布置的要求。主横梁数可按下式确定： （7-3） 式中： H 上、下游水位差； h2在相应的设计水位组合时下游水位以下的门高； b闸门下部的主横梁间距（水压力确定）。,图7-4,（1）沿门高绘出水压力图形及其累积曲线； （2）将累积曲线的底横坐标（即闸门所受的总水压力），划分为（n-1）等分，这些等分点在累积曲线上对应的纵坐标点即为主横梁位置； 如果求得的主横梁的间距过大或过小，可增加或减小 n值，反复进行直到符合梁格布置要求为止。,主横梁的布置可按下述步骤进行：,构造要求：,（1）底、顶横梁必须布置在门扇的边缘，构成顶枢梁和底枢梁。 （2）若顶
8、横梁和第二根主横梁的间距过大，可在其间增加一根主横梁，这是由于闸门顶部安设有启闭机械的传动拉杆，并可能承受船舶撞击，通常仍采用和其他主梁相同的截面高度以加强其刚度。 立柱式人字闸门的竖梁，通常按等间距布置，竖梁间距一般为1.5m3.0m。其值与门扇跨度及水头的大小有关。在确定时，还应考虑次梁布置和面板的厚度。,2、面板的设计,计算闸门面板时，可将面板作为矩形薄板的局部弯曲应力（即面板受水压力后产生应力）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。 钢面板的局部弯曲应力，应根据支承边界情况，按承受均布荷载的四边固定（或三边固定
9、一边简支）的弹性簿板进行计算。初选面板厚度时，可按下式计算：,弹塑性调整系数，b/a3时，1.5 ； b/a3时，1.65。 q面板计算区格中心的水压力强度，N/mm2 ； a、b 面板计算区格短边和长边的长度，mm； 钢材料的容许弯应力，N/mm2； 考虑整体弯、压应力影响的系数，其值可查有关规范。,3、主横梁设计,在横梁式人字闸门中，主横梁为一偏心受压构件（图7-5），作用在主横梁上的荷载，除由面板传来的水压力以外，还有次梁传来的集中力。在设计中，通常将次梁传来的集中荷载和面板传来的均布荷载合并为均布力q计算。,图7-5,主横梁受力（1）承受的均布荷载： q=hb （7-5） 式中：H上、
10、下游水位差，cm； b主横梁的间距，cm； 水的重度。,（2）轴向压力N0 和作用在梁端的水压力 N1，轴向压力N0可按三铰拱的计算图式求得。当闸门关闭时，作用在主横梁上的反力RA和RB为： （7-6） 轴向压力为： （7-7）,主横梁一般均采用实腹式工字形截面。 为了减少主横梁所受的弯矩，通常是将主横梁在上游面作成折线形（图7-6a），并将主梁的截面制作成不对称，使截面重心偏上游（图7-6b），以加大轴向力的偏心距。当轴向力N0及轴向水压力N1对截面重心的偏心距分别为e0、e1时，总的轴向力的偏心距e可按下式计算：,（7-9）,图7-6,主横梁所承受的弯矩由两部分组成，即由水压力产生的弯矩M
11、p及由轴向力产生的弯矩Ne： （7-10） （7-11） 在初步估计时，e值可取 为，其中，h为主横梁的高度。求得M及N 后，可按偏心受压构件验算主横梁强度。,主横梁尚应进行挠度验算，且最大挠度值与主横梁计算长度之比不应超过1/7501/600，以满足门扇的刚度要求。挠度计算公式参见船闸设计规范。,4、斜接柱与门轴柱,作用： （1）连接主横梁和端部，构成门扇的两个边框，使之有足够的刚度； （2）（斜接柱）传递主横梁反力。 斜接柱与门轴柱的构造形式相同，截面分封闭式和开敞式两种。 封闭式优点：抗扭刚度大；缺点：支撑块制造、安装较困难。适用于支枕块的人字门。 开敞式优点：支撑块制造、安装较容易；但
12、需与预应力背斜杆和连续支、枕块配合使用。,1、支承端板，2、加劲板，3、推力隔板， 4、中间隔板，5、上翼缘，6、下翼缘,封闭式,开敞式,门轴柱应进行强度验算，方法视支承条件： （1）采用支、枕垫块的门轴柱按简支在主横梁上的偏心受压杆件验算； （2）采用连续支垫时，门轴柱可按连续梁验算整体强度。 。,5、背斜杆的设计,背斜杆作用：提高门扇的抗扭刚度，减小扭曲变形。 计算背斜杆假定： （1）背斜杆DB按上端支承在顶横梁上，下端支承在底枢上的简支梁计算； （2）另一背斜杆的上端为A,下端支点为E，背斜杆AC按一带的悬臂梁计算。悬臂端承受有斜接柱CD与底横梁BC传来的荷载； （3）作用在门扇上的全部
13、荷载平均分配给两组背斜杆，各承受总荷载的一半。,图7-8 背斜杆计算图示,6、支、枕垫块（连续式）,人字闸门的水平支承由斜接柱与门轴柱的支垫块和枕垫块组成，分连续式（79）和块式（710）两种。 连续式在斜接柱处，支、枕垫块平面接触，在门轴柱采用弧面接触。特点是结构比较简单。 块式与主横梁对应布置，支、枕垫块分别做成弧面和和平面，采用线接触。特点是调整工作量小，受力明确，但需要设置侧止水。,6、支、枕垫块（块式）,7、顶枢和底枢,为人字门上下端的支承装置枢，作用是保证门扇能绕垂直轴转动； 三角形顶枢图,活动式底枢图 (1),活动式底枢图 (2),8、止水装置,人字闸门的止水: 侧止水、底止水，
14、侧止水（即门轴柱处侧止水和斜接柱）。,图7-16 门轴柱处侧止水,（1）门侧止水,在中、小型船闸，通常采用在门轴柱下游上设置橡皮止水。当闸门关闭时，由于水压力的作用，橡皮止贴紧于边墩上的预埋构件（角钢或槽钢）。为了保证闸门关，闭时不致因门侧止水与边墩抵住而影响门扇斜接柱的紧密接触，门侧止水应具有活动性。图7-17的所示为斜接柱处侧止水。 采用连续式支、枕垫块可兼作侧止水（又称钢止水）。,（图717）斜接柱侧止水,门底止水多采用橡皮止水。利用固定橡皮止水钢板上的椭园孔，调整止水位置，利用橡皮衬垫调整止水高度。,（2）底止水,图7-18 常用底止水,第三节 横拉闸门,横拉闸门是沿船闸闸首口门横向移
15、动的单扇平面闸门，它由门扇结构、支承移动设备及止水等组成。常用于承受双向水头的船闸。,（图719）,1、主梁 2、次梁 3、竖立桁架 4、端柱 5、加强桁梁6、联结系统 7、三角桁架 8、面板 9、支承木 10底轮小车,横拉门是用滚轮支承闸门的重量，并能使闸门沿轨道行走。闸门的滚轮支承分别布置在门顶和门底。闸门沿着闸墩和闸底板上的轨道移动。为增加闸门的抗倾稳定能力，在靠近门顶吊架和门底滚轮支承附近，需各布置一对侧轮。,横拉门门扇结构由面板、主梁、次梁、竖立桁架、端架、联结系统等组成，一般采用等高连接。主横梁按等荷载布置。主梁高度一般为闸门宽度的（1/61/8）。,抗倾稳定验算控制情况：,（1）安装和检修期间，验算闸门未关闭时承受的最大风荷载的稳定性； （2） 运行使用期，门体稳定按闸门刚离开门槽时，承受一定水位差（510cm），通航允许最大风速（68级）和相应波浪力的组合来验算。,倾覆轴：aa（107连线）,总倾覆力矩MT：,K= Mr/ Mt 1.25 Mr闸门自重对一边滚轮产生的支持力矩； MT 作用的外力对a-a轴产生的总倾覆力矩。 （图7-20）,横拉门止水：侧止水和底止水,第五节 船闸阀门,船闸阀门的要求：结构简单可靠，止水性能
