綜述平面鋼閘門的設(shè)計、制造和破壞

贛州水利水電勘測設(shè)計研究院 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)計需要注意的要點、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、制造和運行提供一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：閘門；設(shè)計；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)簡單、維修方便等優(yōu)點，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，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，故需要對其的設(shè)計要點、制造注意問題和存在破壞型式的了解是必要的。現(xiàn)針對以上三個方面分別進行闡述如下。

2 平面鋼閘門設(shè)計

2.1 門體設(shè)計

平面閘門是一個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行結(jié)構(gòu)簡化計算。具體計算過程如下：首先計算最大水壓力荷載，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)的計算一系列簡化計算圖形，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、簡支均布荷載主梁、集中荷載的邊柱等，根據(jù)各個構(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)，驗證其剛度、強度及穩(wěn)定性是否滿足規(guī)范要求。平面鋼閘門按平面體系計算見圖和方法都已非常成熟，而且規(guī)范有明確規(guī)定。

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

平面鋼閘門設(shè)計時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)取最不利運行工況下的荷載進行設(shè)計并留有一定的安全度。

2.2支承設(shè)計

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

滑動閘門最常見的滑塊有壓合膠木滑塊，但其機械性能不穩(wěn)定，運行時間長會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，使其摩擦系數(shù)增大，增加閘門的啟閉力。現(xiàn)主要采用潤滑鋼基銅基復(fù)合板，由于存在潤滑作用，摩擦系數(shù)小，降低閘門的啟閉力。

滾動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接觸，接觸應(yīng)力較高，對定輪的機械性能要求高。

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。它具有加工簡單，一定條件下可實現(xiàn)自動化操作，提高生產(chǎn)效率。鉚釘連接工藝復(fù)雜，既費鋼又費時，很少采用。螺栓連接分為普通螺栓和高強度螺栓，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，對閘門存在安全隱患，因為焊縫是閘門結(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)計時，需計算焊縫尺寸，不能隨意估計。

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。現(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方面的破壞型式：（1）閘門無法正常開啟；（2）閘門腐蝕嚴重，閘門無法正常使用；（3）閘門振動破壞。

引起平面鋼閘門無法正常開啟的原因有多種，例如閘門運行多年，滑動閘門的滑塊磨損或者滾動閘門的滾動支承銹死，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重無法正常使用的主要原因為閘門的防腐在運行多年后，因水流和大氣侵蝕，閘門還是會受到腐蝕，根據(jù)《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標準》，當構(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)進行輕度、剛度復(fù)核計算，不滿足要求，必須更換；當需要更換構(gòu)件達到30%以上，閘門應(yīng)報廢。

引起平面鋼閘門振動的原因有多種，例如閘門剛度過小，閘門小開度開啟運行。平面鋼閘門的振動可能會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，閘門的運行條件避免小開度運行。

5小結(jié)

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