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底軸驅(qū)動(dòng)式翻板鋼閘門(mén)是近年來(lái)逐步興起的一種雙向擋水結(jié)構(gòu),由于具有門(mén)頂過(guò)水形成人工瀑布、結(jié)構(gòu)隱蔽、臥門(mén)行洪、開(kāi)度無(wú)級(jí)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(mén)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(shì)必會(huì)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(lèi)型閘門(mén)在設(shè)計(jì)過(guò)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(lái)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(mén)體所受載荷特征,易受到流激振動(dòng)的特性,可以確信底軸驅(qū)動(dòng)式翻板鋼閘門(mén)是種結(jié)構(gòu),因此筆者認(rèn)為底軸驅(qū)動(dòng)式翻板鋼閘門(mén)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(mén)載荷等角度對(duì)該類(lèi)型閘門(mén)的缺陷處進(jìn)行問(wèn)題分析.

一、底軸驅(qū)動(dòng)式翻板鋼閘門(mén)結(jié)構(gòu)底軸驅(qū)動(dòng)式翻板鋼閘門(mén)又名鋼壩聞,顧名思義是一種通過(guò)驅(qū)動(dòng)底軸來(lái)操控聞門(mén)啟閉的一種閘門(mén)結(jié)構(gòu),其主要由門(mén)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(lèi)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(mén)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?jiǎn)㈤]機(jī)驅(qū)動(dòng)拐臂,于軸兩端形成扭矩,驅(qū)動(dòng)底軸與閘門(mén)繞軸心線旋轉(zhuǎn)。
力學(xué)模型的角度來(lái)看,門(mén)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(lái)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(mén)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(duì)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(zhǎng)造成位錯(cuò)引起硬化導(dǎo)致塑性下降跪性!因素也是該類(lèi)型閘門(mén)的缺陷部位.二、底軸驅(qū)動(dòng)式硼板鋼閘門(mén)制作簡(jiǎn)述底軸驅(qū)動(dòng)式翻板鋼閘門(mén)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(wú)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(chǎng)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(guò)螺栓緊固于底軸之上:*將閘門(mén)吊至指定位置后與弧形連接板焊接即可。

底軸驅(qū)動(dòng)液壓翻板閘門(mén)結(jié)構(gòu)組成在孔口凈寬范圍內(nèi)由左、右相對(duì)獨(dú)立的兩扇帶底軸的門(mén)葉組成,相對(duì)孔口中心線呈對(duì)稱(chēng)布置,孔口中心線處的連接結(jié)構(gòu)采用對(duì)各向變位有一定適應(yīng)能力的Q形橡皮。每扇門(mén)葉沿寬度方向由多塊的門(mén)葉結(jié)構(gòu)用螺栓拼接而成,相鄰的門(mén)葉結(jié)構(gòu)之間設(shè)有縱向止水。門(mén)葉與底軸間采用螺栓連接。翻板閘門(mén)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(zhǎng)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(dòng)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(dòng)。翻板閘門(mén)允許門(mén)頂溢流,門(mén)頂設(shè)有破水器,以避免局部開(kāi)啟運(yùn)行時(shí)因門(mén)頂溢流及啟閉操作時(shí)造成門(mén)后負(fù)壓。底軸作為門(mén)葉縱向懸臂梁的固端和閘門(mén)啟閉驅(qū)動(dòng)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(duì)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(dòng)止水襯套的柔性連接形式將左右兩段底軸連接起來(lái)。
底軸驅(qū)動(dòng)翻板閘門(mén)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(kāi)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(jiǎn)單,而且可以節(jié)省土建投資。該閘門(mén)能夠?qū)崿F(xiàn)雙向擋水及立門(mén)蓄水或防洪,臥門(mén)行洪排澇;閘門(mén)啟閉靈活快速、開(kāi)度無(wú)級(jí)可調(diào)且調(diào)度方便;啟閉設(shè)備隱蔽,門(mén)頂過(guò)水形成人工瀑布,大,臥門(mén)時(shí)無(wú)礙通航。
在水利水電建設(shè)上,隨著我國(guó)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(chǎng)上出現(xiàn)大量鋼結(jié)構(gòu)閘門(mén),但無(wú)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(dòng)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(jiǎn)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(guò)水,形成人工瀑布的景觀效果。