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底軸驅(qū)動式翻板鋼閘門是近年來逐步興起的一種雙向擋水結(jié)構(gòu),由于具有門頂過水形成人工瀑布、結(jié)構(gòu)隱蔽、臥門行洪、開度無級可調(diào)等景觀特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于城市河道管理中,最典型的是建于2005年的上海蘇州河口閘。但是從力學(xué)結(jié)構(gòu)反視之,該閘門結(jié)構(gòu)部分采用了一些違反設(shè)計(jì)原
則的結(jié)構(gòu),勢必會影響工程結(jié)構(gòu)的使用安全,尤其體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)疲勞方面。由于該類型閘門在設(shè)計(jì)過程中并未考慮疲勞設(shè)計(jì),因此也就未有疲勞壽命.但是歷來結(jié)構(gòu)事故中,疲勞破壞及失穩(wěn)破壞占比達(dá)到80%以上,結(jié)合門體所受載荷特征,易受到流激振動的特性,可以確信底軸驅(qū)動式翻板鋼閘門是種結(jié)構(gòu),因此筆者認(rèn)為底軸驅(qū)動式翻板鋼閘門在水利行業(yè)的推廣值得業(yè)內(nèi)人上的重視與商榨。下面以疲勞破壞為關(guān)注點(diǎn),從結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力集中、焊縫(焊縫組織、焊縫殘余應(yīng)力、焊縫外
形)、閘門載荷等角度對該類型閘門的缺陷處進(jìn)行問題分析.

一、底軸驅(qū)動式翻板鋼閘門結(jié)構(gòu)底軸驅(qū)動式翻板鋼閘門又名鋼壩聞,顧名思義是一種通過驅(qū)動底軸來操控聞門啟閉的一種閘門結(jié)構(gòu),其主要由門葉結(jié)構(gòu)、底軸、支鉸座、拐臂結(jié)構(gòu)、水封結(jié)構(gòu)、鎖定結(jié)構(gòu)、沖淤系統(tǒng)等組成;結(jié)構(gòu)連接方式主體以焊接為主,局部以栓接為輔;結(jié)構(gòu)類型可拆分為底軸和支鉸支撐組成的多跨超靜定結(jié)構(gòu)及以底軸為固端,門葉主縱梁為自由端的懸臂結(jié)構(gòu)兩種平面結(jié)構(gòu)。工作運(yùn)行原理是由液壓啟閉機(jī)驅(qū)動拐臂,于軸兩端形成扭矩,驅(qū)動底軸與閘門繞軸心線旋轉(zhuǎn)。
力學(xué)模型的角度來看,門葉與底軸連接是典型的懸臂結(jié)構(gòu);進(jìn)一步從剛、柔性連接方式來看,連接弧板(梁系端板)與底軸連接部位為栓接、螺栓數(shù)目較多且螺栓布置在翼緣內(nèi)側(cè)、視為半剛性連接;而門葉與連接弧板部位采用的是全熔透焊,視為剛性連接,且該部位應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重又為焊縫位置,因此該部位是結(jié)構(gòu)中相對比較薄弱的缺陷部位(部位)另外,大型底軸結(jié)構(gòu)由于厚板缺陷、厚板卷制品界拉長造成位錯(cuò)引起硬化導(dǎo)致塑性下降跪性!因素也是該類型閘門的缺陷部位.二、底軸驅(qū)動式硼板鋼閘門制作簡述底軸驅(qū)動式翻板鋼閘門是典型的彎扭剪組合結(jié)構(gòu)底軸制作:小直徑的底軸可直接采用熱軋的無縫鋼管;直徑較大且壁厚的底軸可采用鋼板分段卷制后,進(jìn)行縱縫焊接成段后再運(yùn)于現(xiàn)場環(huán)縫焊接成整體待底軸組裝完整后即可將底軸連接弧板通過螺栓緊固于底軸之上:*將閘門吊至指定位置后與弧形連接板焊接即可。

底軸驅(qū)動液壓翻板閘門結(jié)構(gòu)組成在孔口凈寬范圍內(nèi)由左、右相對獨(dú)立的兩扇帶底軸的門葉組成,相對孔口中心線呈對稱布置,孔口中心線處的連接結(jié)構(gòu)采用對各向變位有一定適應(yīng)能力的Q形橡皮。每扇門葉沿寬度方向由多塊的門葉結(jié)構(gòu)用螺栓拼接而成,相鄰的門葉結(jié)構(gòu)之間設(shè)有縱向止水。門葉與底軸間采用螺栓連接。翻板閘門的上游設(shè)一道底水封,采用耐磨損高分子合成硬質(zhì)材料,為延長使用壽命,補(bǔ)償磨損量,壓板上設(shè)有預(yù)壓板彈簧。側(cè)水封為插拔式具自動補(bǔ)償功能的雙向止水裝置,不僅具有止水功能,在出現(xiàn)溫變情況下,還具有自動。翻板閘門允許門頂溢流,門頂設(shè)有破水器,以避免局部開啟運(yùn)行時(shí)因門頂溢流及啟閉操作時(shí)造成門后負(fù)壓。底軸作為門葉縱向懸臂梁的固端和閘門啟閉驅(qū)動軸是本水閘最重要的構(gòu)件之一。限度地避免土建結(jié)構(gòu)變形和變位對底軸運(yùn)行的影響,使底軸受力狀態(tài)明確,設(shè)計(jì)將底軸主體在孔口中心線處一分為二,再采用波紋管加滑動止水襯套的柔性連接形式將左右兩段底軸連接起來。
底軸驅(qū)動翻板閘門適合于閘孔較寬(10~100 m)而水位差比較小(1~7 m)的城市景觀工程,或山區(qū)河道洪水急漲,要求快速開閘泄洪的工程。由于可以將孔口設(shè)計(jì)的比較寬,可以省去數(shù)孔中間閘墩,所以不僅結(jié)構(gòu)簡單,而且可以節(jié)省土建投資。該閘門能夠?qū)崿F(xiàn)雙向擋水及立門蓄水或防洪,臥門行洪排澇;閘門啟閉靈活快速、開度無級可調(diào)且調(diào)度方便;啟閉設(shè)備隱蔽,門頂過水形成人工瀑布,大,臥門時(shí)無礙通航。
在水利水電建設(shè)上,隨著我國城市用水、景觀建設(shè)及環(huán)境整治和灌溉、發(fā)電的需要,水閘得到廣泛的運(yùn)用。現(xiàn)在市場上出現(xiàn)大量鋼結(jié)構(gòu)閘門,但無論是提升式或臥倒式,單孔都很難適用較寬的河道。 我公司生產(chǎn)的鋼壩是一種新型可調(diào)控溢流壩,它由土建結(jié)構(gòu)、帶固定軸的鋼性壩體、驅(qū)動裝置設(shè)備等組成。這種建筑物適合于河道孔口較寬(10米~100米)而水位差比較小的工況(1~6米),由于它可以設(shè)計(jì)得比較寬,可以省去數(shù)數(shù)孔閘墩,所以不僅結(jié)構(gòu)簡單,可以節(jié)省不少土建投資,而且可以立壩蓄水,臥壩行洪排澇,還可以利用壩頂過水,形成人工瀑布的景觀效果。