關于鋼壩閘底橫軸連接方式與支鉸座優化設計的探討

衛曉賢

（上海市政設計研究總院（集團）第六設計院有限公司，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、側止水裝置、液壓驅動裝置、液壓鎖定裝置等組成。閘門傳動原理：鋼壩閘底橫軸的兩端穿過墻外伸，其外伸端與啟閉機連接，啟閉機庫位于閘墩內。通過控制閘墩兩側的啟閉機的向上游和下游運行，實現底橫軸翻轉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動軸，其剛性連接或柔性連接的問題值得研究。同時，傳統的封閉式支鉸座開孔處常成為漏水的主要部位。因此，關于鋼壩閘底橫軸連接方式與支鉸座優化設計的研究具有較大的意義。

2 設計方案

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。兩種型式結構分別見圖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

現分別從受力特點、適應地基沉降、對啟閉機同步的要求、底止水封閉效果4 個方面進行比較分析。

3.1 受力特點

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

3.2 適應地基沉降

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

3.3 對啟閉機同步的要求

方案一和方案二中底橫軸剛性連接對啟閉機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啟閉機同步要求較高。

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；而方案二使底止水連成一片，止水效果好。

4 工程實例

羅河蓄水壩位于安徽太湖經濟開發區，蓄水水位為31.60m，上游設計洪水位33.60m，50 年一遇設計洪水流量625.0m3/s。由于該項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，壩身需要具有調節水位和溢流的作用。經比較設置鋼壩閘單獨行洪。

羅河鋼壩閘為開敞式水閘，共1 孔，單孔凈寬42m，門底轉軸直徑1.2m，底檻高程28.10m，門頂高程31.60m。閘墩頂高程為34.20m；閘室順水流方向長22.0m，閘墩順水流方向長22.0m，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，共設置20 道縱梁；頂部設有通長的連接橫梁，縱梁、橫梁、底軸形成翻板閘門的主受力框架。面板設置在上游側，材質采用復合不銹鋼，下游側根據外觀要求包制面板。閘門門體厚度均為0.7m。

旋轉底軸直徑均為φ1200，采用鋼板卷制、焊接，再進行表面加工，共分成5 段，兩端之間采用現場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的空箱內，河道中共設置6 個支鉸座，支鉸座采用開敞結構，間距為7.8m。空箱內共設置4 個支鉸座，一邊2 個，采用封閉的環狀結構。具體見圖4、圖5。

圖4 羅河鋼壩閘中間支鉸

圖5 羅河鋼壩閘空箱內支鉸

閘門在底部及兩側設有水封裝置，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，在底軸旋轉的過程中，P 型止水始終與底軸表面保持預壓狀態的接觸。側止水采用φ 型止水，處于預壓狀態，所有止水橡皮材質均采用SF6674。為保證水封安裝就位的準確性，水封均設有限位擋塊。

羅河鋼壩閘采用兩種支鉸座相結合。

5 結論

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地基不均勻沉降，同時對啟閉機同步要求不高，同時能較好的解決傳統封閉式底座帶來的底止水漏水的問題，這對以后鋼壩閘的設計存在一定的指導意義。