鄭 航，孫 慶，龔德龍，肖華超，譚 勇

(長(zhǎng)江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002)

船閘人字閘門轉(zhuǎn)動(dòng)開合的門樞分為頂樞和底樞，頂樞由頂樞軸、A桿和B桿組成，A、B桿連接頂樞軸和預(yù)埋在閘墻的錨架，保證門體運(yùn)行姿態(tài)的平穩(wěn)，底樞由門軸蘑菇頭和軸瓦組成，承受門體重力，見圖1。高位頂落門是人字門頂?shù)讟行蘩淼闹匾に嚕话阍谌俗珠T的底部布設(shè)4組千斤頂(保頂)將人字門頂升到預(yù)定高度[1]，由于頂門時(shí)頂樞A、B拉桿等附件已經(jīng)拆除，人字門在頂落過程中處于無約束狀態(tài)，且大型船閘人字門自質(zhì)量大、頂升與回落過程的位置精度要求高，必須安裝固門裝置，防止出現(xiàn)門體中由于偏斜過大導(dǎo)致頂落門無法頂落甚至出現(xiàn)傾覆的危險(xiǎn)。

傳統(tǒng)的固門裝置目前存在一定的缺陷：安裝及調(diào)整工藝復(fù)雜，占用大量施工時(shí)間和空間；只能防止人字門側(cè)向的傾斜，不能防止人字門正面往B桿方向的傾斜。利用船閘人字門A、B桿連接方式和原理，對(duì)固門工裝進(jìn)行優(yōu)化，將固門工裝水平方向改為剛性連接，通過受力分析和強(qiáng)度校核證明優(yōu)化后的固門工裝安全可靠。

1 傳統(tǒng)的固門方式

傳統(tǒng)的人字門固門裝置主要為柔性鋼絲繩牽引加鋼結(jié)構(gòu)撐桿支撐方式。即在門體頂樞處焊接兩處拉座，頂樞附近閘面臨時(shí)鉆孔埋設(shè)兩處地錨，設(shè)置4臺(tái)滑車，布置夾角約為80°的兩組6或8倍率的的鋼絲繩，且每組配手拉葫蘆1臺(tái)用于調(diào)整鋼絲繩，在門體頂面靠近斜接柱側(cè)也設(shè)置1組鋼絲繩、滑車、手拉葫蘆；同時(shí)分別在斜接柱及頂樞附近門體迎水面面板與閘墻之間布置1套鋼結(jié)構(gòu)撐桿部件(葛洲壩船閘一般由推拉桿替代撐桿)[2]，見圖1。該固門方式剛、柔結(jié)合，既防止門體向閘室或閘墻傾倒，又保障門體在頂落過程中垂直方向的自由度。

圖1 柔性鋼絲繩牽引加鋼結(jié)構(gòu)撐桿支撐方式總體布置

2 新型固門工裝

在2018年三峽船閘停航檢修和2017年葛洲壩一號(hào)船閘計(jì)劃性大修中分別重新設(shè)計(jì)制作了由滑槽、固門支撐軸、調(diào)節(jié)螺桿等組成的剛性固門工裝，即在門軸柱處設(shè)置A、B兩個(gè)工裝梁固門，在斜接柱處布置1套撐桿固門(葛洲壩船閘由推拉桿替代)，見圖2。

門軸柱固門裝置包括工裝梁A、工裝梁B、AB撐桿組件、隔環(huán)、軸套、工裝軸等。工裝梁A、B一端插入A、B桿錨架楔塊安裝孔內(nèi)，另一端采用滑槽結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)撐桿在滑槽內(nèi)垂直方向自由滑動(dòng)，A、B撐桿組件由調(diào)節(jié)螺桿(三峽船閘為M160螺桿，葛洲壩一號(hào)船閘采用16套M30螺桿)、撐桿接頭、撐桿滑槽構(gòu)成，通過頂樞工裝軸連接，見圖3。

圖2 滑槽、固門支撐軸、調(diào)節(jié)螺桿的剛性固門方式總體布置

圖3 三峽船閘門軸柱固門設(shè)置(單位：mm)

斜接柱固門裝置包括閘墻滑槽、撐桿、支撐架、螺柱、軸套、壓板、支撐軸。滑槽通過螺桿安裝固定在啟閉機(jī)房樓梯處閘墻上，撐桿、螺柱、軸套組件一端置于閘墻滑槽內(nèi)跟隨門體上下滑動(dòng)，另一端安裝于支撐軸通過壓板壓緊，撐桿中段通過支撐架保持水平，見圖4。

圖4 斜接柱固門裝置設(shè)置(單位：mm)

3 固門工裝的受力分析

固門工裝主要考慮人字門頂升過程中千斤頂(保頂)失效時(shí)發(fā)揮的作用，以三峽船閘人字門為例：門體自質(zhì)量900 t、千斤頂布頂距離正向7.2 m、側(cè)向3 m，門體重心基本位于4個(gè)千斤頂形成的中心上[3]，見圖5。人字門頂升過程中的千斤頂(保頂)失效有可能導(dǎo)致的工裝受力見表1。

表1 人字門頂升過程中的千斤頂(保頂)失效有可能導(dǎo)致的工裝受力

圖5 三峽船閘人字門千斤頂(保頂)布置

1、6、7、12項(xiàng)千斤頂失效情況不作考慮。在可能的千斤頂失效情況下，人字門工裝在側(cè)面和正面最大力矩應(yīng)為：側(cè)向最大自重力矩M側(cè)=1.35×107N·m，正向最大自重力矩M正=3.24×107N·m。

安全系數(shù)的選?。嚎紤]到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，抗斷裂計(jì)算系數(shù)選2，計(jì)算誤差系數(shù)1.2，整體安全系數(shù)為k=2.4。取最大側(cè)向受力F側(cè)max=919.7 kN,最大正向受力F正max=2 207.1 kN。

4 工裝強(qiáng)度校核

4.1 斜接柱工裝強(qiáng)度校核

4.1.1連接螺桿受拉

滑槽和機(jī)房墻體采用15套M30的螺桿連接(調(diào)節(jié)部位為16套M30螺桿)，可承受許用拉力為：F1=2 490.4 kN>F側(cè)max。

4.1.2結(jié)構(gòu)件受拉

撐桿主體采用φ273×16的無縫鋼管，可承受許用拉力為：F2=3 034.2 kN>F側(cè)max。

4.1.3結(jié)構(gòu)件受壓

主要考慮φ273×16的無縫鋼管(不超過4 m長(zhǎng))壓桿穩(wěn)定性，按照歐拉公式,F3=P1j=π2EI(2L)2=3 368.3 kN>F側(cè)max。其中P1j為臨界壓力；E為彈性模量；I為慣性矩；L為無縫鋼管長(zhǎng)度。

4.2 門軸柱調(diào)節(jié)螺桿工裝強(qiáng)度校核

門軸柱主要考慮φ160雙頭螺柱受拉，可承受許用拉力為：F4=4 722.6 kN>F正max。

4.3 工裝梁的強(qiáng)度校核

工裝梁后部插入錨架部分受剪校核，其受剪面積見圖6。

圖6 工裝梁插入錨架豎梁截面(單位:mm)

許用剪切強(qiáng)度取0.58倍的材料屈服強(qiáng)度，可承受剪力為：F5=6 133.5 kN>F正max。

工裝梁滑槽截面見圖7，圖形形心C必然在對(duì)稱軸yC上，如圖7所示建立參考軸Z。

圖7 工裝梁滑槽豎梁截面(單位：mm)

由工裝梁安裝方式及頂門高度(圖8)可知，當(dāng)工裝梁A拉力在最下方BC處時(shí)，滑槽豎梁與橫梁焊接處點(diǎn)A，其所受彎矩Mmax最大。

圖8 工裝梁A

最大彎矩Mmax計(jì)算，忽略自重，豎梁所受外力為分布均勻的載荷，豎梁受力簡(jiǎn)化圖見圖9。

圖9 工裝梁A滑槽受力簡(jiǎn)圖(單位：mm)

5 應(yīng)用情況及不足

該套固門裝置已經(jīng)成功運(yùn)用于2018年三峽船閘停航檢修和2017年葛洲壩一號(hào)船閘計(jì)劃性大修，其安全性和布設(shè)效率與傳統(tǒng)工裝比有較大的提高，但也存在一些問題，主要表現(xiàn)在：1)門軸柱工裝分為上下兩層，安裝難度大，同時(shí)葛洲壩船閘人字門頂樞軸和工裝孔配合間隙過小，對(duì)孔花費(fèi)的時(shí)間過長(zhǎng)。2)人字門同步升降時(shí)，有時(shí)需要手動(dòng)調(diào)節(jié)滑槽接頭與撐桿連接的多個(gè)螺桿(16個(gè)M30螺桿)，影響施工效率，存在一定的安全隱患。3)三峽船閘人字門固門工裝斜接柱端撐桿質(zhì)心靠近前端，安裝完畢后前端下垂，調(diào)節(jié)比較困難。

6 改進(jìn)思路

1)門軸柱端與門體連接部分采用一體式三角聯(lián)板型結(jié)構(gòu)工裝。三角聯(lián)板通過工裝軸和門體連接，三角聯(lián)板A桿方向焊接螺母柱和滑槽接頭通過螺桿連接，A桿方向上只能調(diào)節(jié)長(zhǎng)度；B桿方向采用小工裝軸和螺母柱連接，螺母柱和滑槽接頭通過螺桿連接。B桿方向既能調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，也能調(diào)節(jié)角度。三角聯(lián)板B桿方向前端設(shè)置可調(diào)節(jié)高度的支撐架?？稍陂l面組裝后整體吊入，安裝到位后調(diào)整角度后用螺桿鎖定(圖10)。

2)斜接柱部位將原螺桿調(diào)節(jié)方式改為左、右旋螺母和螺桿的方式調(diào)節(jié)。

圖10 門軸柱固門裝置改進(jìn)設(shè)想

7 結(jié)論

1)對(duì)固門工裝進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度校核，結(jié)果表明斜接柱工裝、門軸柱調(diào)節(jié)螺桿工裝、工裝梁等主要部件均符合強(qiáng)度要求，優(yōu)化后的固門工裝具有較好的安全性和穩(wěn)定性。

2)優(yōu)化后的人字門固門工裝在三峽船閘和葛洲壩船閘人字門高位頂門的施工中使用，安裝簡(jiǎn)單，更加安全可靠，有效地節(jié)約施工時(shí)間和占用閘面場(chǎng)地，減少了施工成本。其施工工藝和固門方式對(duì)于其他船閘人字門高位頂門具有借鑒意義。