【導(dǎo)讀】利水電系統(tǒng)有關(guān)單位對(duì)原水利電力部批準(zhǔn)頒發(fā)的《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》SDJ13—78(試行)進(jìn)行。為勤(及)、何運(yùn)林(～)和洪永燦。1988年5月在江蘇常州對(duì)初稿進(jìn)行了全。國(guó)性的審查和討論，隨后又進(jìn)行初稿修改和各項(xiàng)專題總結(jié)工作。1992年7月提出送審稿，同年11月又在。常州對(duì)送審稿進(jìn)行了全國(guó)性審查，會(huì)后即充分吸取審查會(huì)意見(jiàn)，對(duì)規(guī)范送審稿著手修改并組織進(jìn)行統(tǒng)稿；1993年8月正式提出規(guī)范報(bào)批稿。本規(guī)范修訂本共分8章164條和13個(gè)附錄。新增正文條文12條，修訂條文64條，刪去6條；新增。附錄3個(gè)，修訂附錄10個(gè)，刪去附錄4個(gè)。這次修訂的主要內(nèi)容有：充實(shí)并增加了對(duì)總體布置及門型、頭弧形閘門的專門要求等。用原規(guī)范的修訂說(shuō)明，引用實(shí)際資料不變，僅在文字上作適當(dāng)修正或刪補(bǔ)。據(jù)調(diào)查，原條文的要求是合適的。作，有的甚至導(dǎo)致失事。此外，由于地形關(guān)系產(chǎn)生折。流態(tài)對(duì)閘門運(yùn)行中的不利影響。首先在布置上應(yīng)盡量避免，當(dāng)不能避免時(shí)，要采取各種具體措施，以減免

　　

【正文】 了四篇論文： 第一篇，是由水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所于 1985 年 10 月提出的“弧形鋼閘門實(shí)腹式主橫梁與支臂單位剛度比的研究”，載“水力發(fā) 電學(xué)報(bào)”。該文調(diào)查了國(guó)內(nèi)已建的 131 個(gè)深孔弧門和 127個(gè)露頂式弧門的孔口尺寸和水頭大小，分別選出 75個(gè)和 51 個(gè)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。研究結(jié)果，建議對(duì)直支臂雙懸臂框架取 K0=1～；對(duì)斜支臂框架取 K0=2～ 5。該文不足之處是：在優(yōu)化過(guò)程中將主梁斷面視為前后翼緣絕對(duì)相等的對(duì)稱截面，同時(shí)將弧門半徑按原設(shè)計(jì)作為不變考慮，這與弧門的實(shí)際情況略有出入，其結(jié)果偏小。 第二篇論文由陜西機(jī)械學(xué)院水利系提出的“關(guān)于弧門主框架單位剛度比的合理取值問(wèn)題”，載“金屬結(jié)構(gòu)”網(wǎng)刊 1985 年 4 期”。該文從內(nèi)力分析出發(fā)，要求滿足下列三個(gè) 條件： (1)主梁的正、負(fù)彎矩差最??； (2)支臂的彎矩最??； (3)框架的水平反力 (側(cè)推力 )最小。 并認(rèn)為規(guī)范所提出的 K0值大體上是合適的。 第三、第四篇為西北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑工程系的研究成果 (兩篇研究生論文 )。該論文調(diào)查統(tǒng)計(jì)了國(guó)內(nèi)外 200余座潛孔式弧門和露頂式弧門，考慮孔口尺寸及水頭大小，共選出了 150 扇弧門，分別按主橫梁式斜支臂弧門和直支臂弧門，按優(yōu)化理論進(jìn)行了研究。完成了 150 扇弧門主框架優(yōu)化設(shè)計(jì)和 150 扇整體優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，最后提出了斜支臂弧門 的主橫梁與支臂的單位剛度比 K0=3～ 7；直支臂弧門的主橫梁與支臂的單位剛度比 K0=5～ 11。 綜上所述，經(jīng)過(guò)審查會(huì)與會(huì)專家的研究論證結(jié)果：根據(jù)多年的設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，考慮經(jīng)濟(jì)合理和便于設(shè)計(jì)選用，建議主橫梁與支臂的單位剛度比 K0=3～ 11，對(duì)斜支臂宜取 K0=3～ 7；對(duì)直支臂宜取 K0=5～ 11。 本條為原規(guī)范第 76 條的修訂。 在斜支臂弧形閘門上，為保證支臂腹板和主梁腹板能形成水平連接，則兩支臂要形成一個(gè)角度 (和直支臂相比 )，即所謂支臂扭角。由于兩支臂之間夾角和支臂與側(cè)墻之間夾角，在不 同剖面上有所不同；同時(shí)沿支臂切取不同剖面其扭角也不相同。而由于扭角的形成是一個(gè)空間幾何關(guān)系，也容易搞混。所以在以往各設(shè)計(jì)單位中，由于采用的夾角參數(shù)不同，所取的沿支臂剖面不同，支臂扭角表達(dá)式也有所不同。 鑒于上述情況，多年來(lái)，各設(shè)計(jì)單位根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)斜支臂弧門的支臂扭角計(jì)算從不同角度進(jìn)行了推導(dǎo)，先后收到十余篇探討性論文，其中有 7篇刊登于“金屬結(jié)構(gòu)”網(wǎng)刊上。在這次規(guī)范定稿會(huì)上，經(jīng)與會(huì)專家充分分析論證，可以選用的公式有 2 個(gè)，而以式 ()為宜。 () 及 () 式 ()的前提為兩支臂中心線夾角平分線上的垂直剖面的扭角公式；而式 ()的前提為和支臂軸線垂直剖面上的扭角計(jì)算公式 (證明詳見(jiàn)水電部水規(guī)院《技術(shù)參考資料》 1978 年 10 月 )。式 ()的優(yōu)點(diǎn)為支臂平分線和支鉸面垂直，對(duì)支鉸的加工制造有利，但由于此剖面和支臂軸線不垂直，其夾角β小于 90176。： () 式中 —— 斜支臂水平偏斜角度； —— 上下兩支臂夾角的一半。 所以在剖面中支臂豎桿與支臂本身不垂直。 式 ()存在的問(wèn)題，支臂平分線和支鉸面不垂直 (此時(shí)夾角為 ，大于 90176。 )，對(duì)組裝時(shí)帶來(lái)一些問(wèn)題，支臂端面和支鉸面結(jié)合時(shí)產(chǎn)生少許間隙。其間隙Δ為： （ ) 式中 B—— 支臂端面寬度 ， mm； Δ —— 接觸面間隙， mm —— 斜支臂水平偏斜角度； —— 上下兩夾角之一半； =sin1(sin tg )。 經(jīng)綜合比較，決定采用扭角公式為式 ()，則 式 ()與式 ()計(jì)算所得差值隨 、 增大而增加，一般都很微小，現(xiàn)舉設(shè)計(jì)中較常采用的較大和較小兩例說(shuō)明。 【例 1】當(dāng) =7176。、 =10176。時(shí) 相差 。 而 若支臂端面寬度為 400mm，則間隙 Δ =400sin(－ 90o)= 【例 2】當(dāng) =20176。、 =15176。時(shí) 相差 。 而 間隙 Δ =400sin(－ 90o)= 沿 用原規(guī)范第 77 條。 新增加條文。 參見(jiàn) 的說(shuō)明。關(guān)于低水頭弧形閘門支臂動(dòng)力穩(wěn)定性問(wèn)題，從結(jié)構(gòu)上予以保證，是目前比較切實(shí)可行的辦法，根據(jù)實(shí)例調(diào)查和初步理論分析，大致可采用如下措施： 主框架平面外的剛度要切實(shí)予以保證，主要辦法為支臂端部作成一個(gè)較大剛性節(jié)點(diǎn)；支臂中間聯(lián)桿作成十字型聯(lián)系桿。 閘門啟閉過(guò)程中對(duì)支臂附加彎矩要予以適當(dāng)考慮，主要有支鉸摩阻力、不均勻沉陷，以及安裝誤差和局部卡阻等。 對(duì)于露頂式弧門，由于門頂可能臨時(shí)漂過(guò)水浪和各種漂浮物的沖擊，這些因素 都比較難于估計(jì)，所以上支臂要適當(dāng)加強(qiáng)。 沿用原規(guī)范第 78 條。 據(jù)調(diào)查，原條文的規(guī)定是合適的。 據(jù)調(diào)查，已有不少工程采用了浮式疊梁及浮箱閘門作為檢修閘門。例如江蘇三河閘、浙江富春江水電站、廣西西津水電站等處。從運(yùn)行情況來(lái)看，基本上是成功的，但運(yùn)行管理單位反映，疊梁閘門應(yīng)考慮相互間的互換性，并力求減少漏水量；浮箱閘門為使操作平穩(wěn)，應(yīng)使結(jié)構(gòu)布置盡量對(duì)稱。浮式疊梁主要為單根浮力選擇問(wèn)題，故在條文中提出，以引起注意。 沿用原規(guī)范第 79 條。 經(jīng)研究，原條文的規(guī)定是 合適的。 根據(jù)調(diào)查，劉家峽、龔咀等電站用在泄洪洞或尾水洞出口，當(dāng)支承條件允許時(shí)，采用承壓鋼拱門是一種良好的閘門型式。其優(yōu)點(diǎn)是充分利用了拱的原理，拱圈承受軸向力，不產(chǎn)生彎矩，故結(jié)構(gòu)輕巧，節(jié)約鋼材 (一般能節(jié)約 30%左右 )，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、大部分可利用型鋼制成。 拱軸線采用 1/4 圓拱軸線，對(duì)于承受徑向水壓力較為合理。 1/4 圓拱軸線的圓心角為 90176。，即拱的矢高比接近 1/5 左右，這樣可按拱的理論計(jì)算。若拱軸線的圓心角太大，即拱軸線太長(zhǎng)多費(fèi)鋼材，圓心角太小又起不了拱的作用。 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有的拱形門由于 剛度很小，在制造、拼裝過(guò)程中閘門變形太大，增加了制造、調(diào)整工作量，且有不安全感。故應(yīng)設(shè)聯(lián)結(jié)系以保證閘門剛度。 結(jié)構(gòu)計(jì)算 沿用原規(guī)范第 80 條。 本條為閘門結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的基本要求和原則性規(guī)定。 沿用原規(guī)范第 81 條。 本條為閘門結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算的基本要求，由于弧形閘門面板一般曲率半徑較大，所以面板和縱向梁系，忽略其曲率影響，近似按平板和直梁進(jìn)行驗(yàn)算，其誤差很小，而且偏于安全。 沿用原規(guī)范第 82 條。 經(jīng)研究分析，原規(guī)范對(duì)閘門主 (次 )梁撓度的規(guī)定還是 合適的。 原條文規(guī)定為： (1)潛孔式工作閘門和事故閘門的主梁 1/750 (2)露頂式工作閘門和事故閘門的主梁 1/600 (3)檢修閘門和攔污柵主梁 1/500 (4)次梁 1/250 國(guó)外鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)容許撓度的規(guī)定摘要如下： (1)蘇聯(lián)規(guī)范 、 條規(guī)定容許撓度與計(jì)算跨度之比 (實(shí)腹梁與格構(gòu)梁相同 )如下： 流水中的工作門 1/600 靜載的工作門、事故門 1/500 檢修門 1/400 懸臂梁 1/300 梁格輔助構(gòu)件 1/250 (2)日本規(guī)范 22 條規(guī)定 f/l 為： 主要結(jié)構(gòu)的主梁 1/800 同時(shí)在說(shuō)明中說(shuō)“止水采用彈性材料時(shí)，上述規(guī)定可得到完善的止水性，若止水為金屬材料時(shí)，為保證止水良好，最好取為 1/1000～ 1/2020，對(duì)止水要求低的閘門可用 1/600”。 (3)西德規(guī)范 條規(guī)定“若構(gòu)件變形將影響到止水、運(yùn)行可能性及搭板聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)對(duì)變形進(jìn)行驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)應(yīng)保持在止水可靠性、運(yùn)行可能性及機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的容許范圍之內(nèi)”，對(duì)變形未做具體規(guī)定。 (4)再參照我國(guó) 1989 年《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 規(guī)范》 GBJ17— 88 第 條規(guī)定受彎構(gòu)件的 f/l 值為： 1)吊車梁 手動(dòng)吊車和單梁吊車 1/500 起重量＜ 50t 的橋吊 1/600 起重量≥ 50t 的橋吊 1/750 2)手動(dòng)或電動(dòng)葫蘆的軌道梁 1/400 3)有重軌道 (重量≥ 38kg/m)的工作平臺(tái)梁 1/600 4)樓蓋梁和一般工作平臺(tái)梁 主梁 1/400 其他梁 1/250 5)屋蓋檁 無(wú)積灰的瓦楞鐵、石棉瓦等 輕型屋面 1/150 其他屋面 1/200 6)墻架構(gòu)件 支柱 1/400 磚石砌 體墻的橫梁 1/300 石棉瓦和鐵皮墻的橫梁 1/200 該規(guī)范列值是根據(jù)該規(guī)范修訂組的調(diào)查報(bào)告“關(guān)于受彎構(gòu)件的撓度”意見(jiàn)規(guī)定的。 該報(bào)告強(qiáng)調(diào)了容許撓度的規(guī)定，主要根據(jù)構(gòu)件的使用條件而來(lái)，要求過(guò)高則將使鋼材用量劇增，要求過(guò)低則會(huì)造成運(yùn)行中出現(xiàn)不少問(wèn)題，影響結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)用。 綜上所述，我們認(rèn)為閘門中受彎構(gòu)件的容許撓度，主要應(yīng)根據(jù)閘門的工作條件和運(yùn)轉(zhuǎn)要求來(lái)規(guī)定。 在水工閘門上，撓度過(guò)大帶來(lái)的問(wèn)題主要有： (1)支座轉(zhuǎn)角大。影響閘門的運(yùn)轉(zhuǎn)和零件的磨耗損壞 (如平面 閘門的滾輪或滑道，弧形門的支鉸等 )。 (2)止水不嚴(yán)密，引起閘門漏水，特別是當(dāng)閘門采用上游止水時(shí)，影響更大。 (3)撓度大意味著剛度小，在流水中工作的閘門可能產(chǎn)生較嚴(yán)重的振動(dòng)。 經(jīng)過(guò)分析對(duì)比，新規(guī)范規(guī)定的容許撓度與計(jì)算跨度之比如正文所列。 沿用原規(guī)范第 83 條。 對(duì)閘門受彎、受壓和偏心受壓構(gòu)件對(duì)其整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定作出驗(yàn)算規(guī)定，是必須和適當(dāng)?shù)摹? 沿用原規(guī)范第 84 條。 經(jīng)研究，原規(guī)范對(duì)閘門構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比的規(guī)定是合適的。 本條為原規(guī)范第 85 條的修訂。 關(guān)于面板及其參與梁系有效寬度的計(jì)算，原規(guī)范的規(guī)定是合適的，其根據(jù)為： (1)關(guān)于擬定面板應(yīng)力計(jì)算公式及其強(qiáng)度驗(yàn)算的試驗(yàn)與理論依據(jù)。 為了建立符合鋼閘門面板實(shí)際工作情況的計(jì)算公式，進(jìn)行了各種邊長(zhǎng)比值的十個(gè)單區(qū)格面板模型、四扇九區(qū)格的閘門模型和兩扇實(shí)際工程鋼閘門的整體模型的彈性和彈塑性工作階段的室內(nèi)試驗(yàn)。又對(duì)福建省閩東水電站進(jìn)水口深孔多主梁鋼閘門進(jìn)行原型實(shí)測(cè)。根據(jù)試驗(yàn)成果并與面板的局部彎應(yīng)力按彈性薄板理論計(jì)算值和閘門按空間整體結(jié)構(gòu)的電算值進(jìn)行了分析對(duì)比，在此基礎(chǔ)上提出面板 的局部彎應(yīng)力視其邊界支承的具體情況，可按四邊固定、三邊固定一邊簡(jiǎn)支或兩邊固定兩邊簡(jiǎn)支的彈性薄板計(jì)算。而且認(rèn)為，面板除直接承受水壓力產(chǎn)生局部彎曲外，還參加主梁的整體彎曲工作，故驗(yàn)算面板強(qiáng)度時(shí)，必須將面板的局部彎應(yīng)力與主梁的整體彎應(yīng)力相疊加，并驗(yàn)算其折算應(yīng)力強(qiáng)度。此外，通過(guò)室內(nèi)的彈塑性階段試驗(yàn)，證實(shí)了面板具有很大的強(qiáng)度儲(chǔ)備，驗(yàn)算其折算應(yīng)力強(qiáng)度時(shí)，其容許值可提高到鋼材的屈服點(diǎn)σ s。具體意見(jiàn)分述如下： 1)從室內(nèi)試驗(yàn)和原型實(shí)測(cè)成果表明，鋼閘門面板的中部區(qū)格Ⅰ (見(jiàn)圖 和圖 )，室內(nèi)試驗(yàn) 成果如圖 ，其試驗(yàn)條件系將 1∶ 2 閘門模型的梁格 (主梁及橫隔板 )分為九區(qū)格，水頭差為 4m，用夾具夾緊，使全部梁格沒(méi)有產(chǎn)生彎曲變形，所測(cè)的面板應(yīng)力值僅為面板的局部彎曲應(yīng)力σ mx、σ my原型觀測(cè)成果如圖 所示。這是閩東水電站進(jìn)水口鋼閘門原型實(shí)測(cè)和理論計(jì)算。在彈性階段中，局部彎應(yīng)力分布規(guī)律與按四邊固定支承薄板承受勻載的理論計(jì)算的彎應(yīng)力曲線很吻合，而且應(yīng)力的實(shí)測(cè)值同理論值基本接近。板中點(diǎn)撓度的實(shí)測(cè)值與理論值 (按四邊固定板計(jì)算 )的差值，見(jiàn)表 示。 表 中部區(qū)格面板中點(diǎn) 撓度的實(shí)測(cè)值和理論值的差值 撓度值 (mm) 九區(qū)格 1∶ 2閘門模型 閩東電站鋼閘門實(shí)測(cè) 計(jì)算值 實(shí)測(cè)值 差值 計(jì)算值 實(shí)測(cè)值 差值 板 中 點(diǎn) 上模型 % 1% 下模型 % 注：計(jì)算值系按四邊固定支承薄板受勻載的撓度計(jì)算值。 面板沿支承邊的負(fù)彎矩為余弦曲線分布，在面板跨間剖面和對(duì)角線斜邊上，彎矩從負(fù)值變化