赫 軍，陳巖光，岳 敏

(齊齊哈爾市水利勘測設計研究院，黑龍江齊齊哈爾161006)

1 設計資料

嫩江齊齊哈爾市橡膠壩泄水閘閘門選用露頂式平面鋼閘門，為大型閘門，閘門孔數(shù)2孔，孔口凈寬15.00 m。最不利運行方式為上游水位與壩頂齊平，閘門關閉，此時閘門上游水位145.40 m時，擋水水深5.90 m，下游無水。閘門底高程139.50 m，考慮風浪所產(chǎn)生的水位超高0.3 m，閘門高度為6.30 m，閘門的荷載跨度為兩側止水的間距L1為15.00 m，閘門計算跨度L=為15.40 m。

2 結構布置形式

本閘門屬于大型閘門，為便于制造、安裝和維護，決定采用實腹式組合梁。根據(jù)閘門的高跨比，決定采用雙主梁。兩個主梁的位置大致對稱于水壓力合力的作用線，取下懸臂a為0.9 m，主梁間距為2.60 m，上懸臂c為2.8 m。梁格采用復式布置和等高連接，水平次梁為連續(xù)梁，穿過橫隔板上的預留孔并被橫隔板所支承。根據(jù)主梁的跨度，布置6道橫隔板，其間距為2.10 m，橫隔板兼作豎直次梁。在兩個主梁下翼緣的豎平面內(nèi)，采用斜桿式桁架。邊梁腹板采用雙腹式，行走支承采用滾輪，在上主梁和下主梁腹板軸線以上45 cm處設有主輪。梁格布置的具體尺寸見圖1。

圖1 梁格布置尺寸圖

3 設計計算

由于泄水閘長期局部開啟并在水頭較高情況下動水操作，取動力系數(shù)1.2?？紤]到風浪壓力、泥砂壓力等不利條件的影響，閘門上游水位按6.10 m進行設計計算。

3.1 面板設計

面板厚度的計算公式為:

選用面板厚度t=10 mm。直接與主梁相臨的面板區(qū)格，只有區(qū)格Ⅷ所需要的板厚較大，那么該區(qū)格的長邊中點應力也較大，所以取區(qū)格Ⅷ校核其長邊中點的折算應力。

面板的邊長比b/a＞1.5，長邊布置在沿主梁軸線方向，則面板的折算應力:

故面板厚度選用10 mm滿足強度要求。

3.2 水平次梁設計

水平次梁是支承在橫隔板上的連續(xù)梁，作用在它們上面的水壓力計算公式為:

水平次梁計算荷載取29.58 kN/m，水平次梁為7跨連續(xù)梁，跨度為2.1 m。

采用《均布荷載的等跨連續(xù)梁中的內(nèi)力系數(shù)》中7跨梁內(nèi)力系數(shù)，水平次梁彎曲時的邊跨中彎矩為:

受均布荷載的等跨連續(xù)梁，最大撓度發(fā)生在邊跨，水平次梁的撓度計算公式為:

故選用18a滿足剛度要求，考慮到隨機產(chǎn)生附加應力的作用和安全儲備的需要，水平次梁選用20a。

3.3 主梁設計

閘門頂距主梁軸線的長度計算公式為:

計算得yk上=3.0m，yk下=5.4 m。根據(jù)計算結果綜合考慮閘門受力條件和制造方面的要求，主梁的位置略有調(diào)整，采用 a=0.9 m，b=2.6 m，c=2.8 m。

總水壓力計算公式為:

計算得 P=3348.90kN，1 455.48 kN，1 893.42 kN。

為了便于制造和安裝，上、下主梁采用同樣的規(guī)格，依據(jù)下主梁的荷載進行截面設計。

彎力計算公式為:

經(jīng)濟梁高:

故所選主梁截面滿足強度要求。

主梁撓度:

故所選主梁截面滿足剛度和剪應力要求。

3.4 邊梁設計

邊梁的截面型式采用雙腹式，邊梁的截面尺寸按構造要求確定，截面高度與主梁端部高度相同，腹板厚度20 mm，翼緣板厚度20 mm。

邊梁荷載主要是主梁傳來的荷載，還有水平次梁、頂梁和底梁傳來的荷載。為了便于計算，將邊梁承受的荷載看成由主梁荷載傳來的集中荷載，計算簡圖見圖2。

圖2 邊梁計算圖及彎矩圖

邊梁截面慣性矩:

故所選邊梁截面滿足強度和剪應力要求。

3.5 主輪設計

為減小啟閉力，采用滾動式行走支承。因閘門荷載較大，故選用簡支輪結構。主輪的最大輪壓P=R下=1 236.52 kN，考慮到動水壓力和突發(fā)應力的因素，按輪壓1 300 kN進行主輪設計。

滾輪直徑φ800 mm，踏面寬度 b=130 mm，輪軸φ180 mm。

輪子的接觸應力:

輪子材料選用 ZG340—640［1］，σs=340 N/mm2，則 σmax≤3.0σs=3.0 × 340=1 020 N/mm2，滿足強度要求。

軸徑d=180mm，支承跨距L=380 mm，軸套長度 l=310 mm，則

4 結語

在結構設計中，閘門下游傾角為30°，滿足水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范［2］≥30°的要求，考慮到閘門下游傾角已到臨界且沒有做模型試驗，在實際設計中，增加了閘門下主梁補氣孔設計。建成后閘門運行平穩(wěn)無震動，取得了良好的效果。平面鋼閘門的應用十分廣泛，它由一塊面板和梁格系統(tǒng)構成門頁主體，閘門的結構設計應按照實際可能發(fā)生的最不利荷載組合并結構現(xiàn)場實際情況，進行強度、剛度和穩(wěn)定性等方面的復核驗算。

［1］北京鋼鐵設計研究總院.GB50017—2003鋼結構設計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［2］水利部東北勘測設計研究院.SL74—95水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，1995.