【導(dǎo)讀】灣灣川水電庫位于渾江干流上游，地處吉林省通化縣快大茂鎮(zhèn)灣灣川村境內(nèi)。檢修閘門為浮箱式疊梁平板閘門，共五節(jié)，每節(jié)3t。備為2臺(tái)3t的電動(dòng)葫蘆啟吊。鋼閘門曾經(jīng)經(jīng)過普通防腐處理，但閘門與啟閉設(shè)備使。用已長達(dá)三十多年，閘門現(xiàn)狀不容樂觀。2021年6月10日，將閘門吊起檢查；2021. 、10mm厚閘門鋼板腐蝕嚴(yán)重，最大腐蝕深度達(dá)5mm,局部面板被腐蝕穿透。、啟閉機(jī)銹蝕嚴(yán)重。金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》SL226-98規(guī)范中規(guī)定執(zhí)行的。經(jīng)過驗(yàn)證原弧形閘門不僅使用年。合理改造，由此本設(shè)計(jì)重新根據(jù)《水工鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》規(guī)范規(guī)定擬定合理的鋼閘門。形鋼閘門，長12m，高，面板厚7mm，弧面半徑9m，鉸心距堰頂5m。布局的合理性與經(jīng)濟(jì)性，均會(huì)影響到水利工程的整體工作狀況。限長，損壞嚴(yán)重的水閘，進(jìn)行閘門的重新設(shè)計(jì)改造是必要的。和重大的經(jīng)濟(jì)損失，關(guān)系到通化縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定，后果不堪設(shè)想。通過上述檢測(cè)，目前15扇鋼閘門腐蝕情況非常嚴(yán)重，且運(yùn)行年限較長，應(yīng)給予更換考慮。

　　

【正文】 ? )( 、 底板厚度 50 底板結(jié)構(gòu)見上圖 ， 最大彎矩 Mmax為區(qū)格 1（三邊簡(jiǎn)支）： 2max aM N??? 由于 ??ab ，查表得 ?? ，則 )( 23m a x mkNM ?????? 底板的厚度為 ? ? )( 3m a x mmM ????? ?? 取底板厚度為 50mm。 、面板與梁格的鏈接： 面板局部撓曲時(shí)產(chǎn)生垂直于焊縫長度方向的橫向拉力 P 按下式計(jì)算，已知面板厚度t=7mm，并且近似的取板中最大彎應(yīng)力 σ?????? =[??] = 160??/???? P =?????? = 7 160= (??/??) 面板與主梁鏈接焊縫方向單位長度內(nèi)的剪力： T = VS2I0= 5407 2702 10。3 = (??/??) 面板與主梁鏈接的焊縫厚度： h?? = √??2 +??2[??????] =√+113 = (mm) 為保證安全，按最小厚度 h?? =8mm。 、 支臂與主橫梁連接計(jì)算： 51 主梁與支臂的連接 圖 ⑴螺栓的最大拉力： )( 2232221 1m a x nh rrrrm MrN ????? ? 其中 mr ? ； mkNM h ? ； 2?m ；，螺栓每排數(shù)量為 8；間距為 ，所以 mr ? ； mr ? ； mr ? ； mr ? ； mr ? ； mr ? ； mr ? ，代入上式，得： )(2 22222222m a x ???????? ??N ? （ kN） 又螺栓選用 M30， A=，則 ? ?llll ?? ＜(M P a ) 23 ???? ⑵抗剪板焊縫： 52 ? ??? ＜(M P a ) 39。 23 ???? ???ff LHH 其中焊縫高度 fH =，焊縫長度 fL =30cm。 、 主梁局部穩(wěn)定性計(jì)算。 、 支座處： h0???? =65010 = 65 80,則可以不配置橫向加勁肋板。 穩(wěn)定驗(yàn)算： 梁高與彎矩較大的為區(qū)格二（見例圖），即 （ σ??cr)2 +( τ??cr)+ σ????≤ 1（《水工鋼結(jié)構(gòu)》范崇仁 102 頁） 區(qū)格二左右剪力為： V左 = ?qa= ?113=? V右 = qb= 113 = 平均剪力為： τ =(V左 +V右 )2h0???? =(?)265 = 區(qū)格二左右彎矩為： M左 = qa22 =1132 = (????m) M右 = Mmax =(????m) 區(qū)格二的平均彎矩： M =M右 +M左2 = (????m) 區(qū)格二的平均彎矩應(yīng)力： σ = M(y1?7?12)?? = (?7?12) = (??/????2) 53 計(jì)算 σcr λ?? = ?0177????√ ????235= 65177√235235= σcr = [??] = 160??/????2 計(jì)算 ??cr ： λ?? = ?0???? 41√+4(?0?? )2√ ????235= 6541√+4( 65244)2√235235= 則 ??cr= [1?(λ?? ?)][τ]= [1?(?)]95 = (N/mm2) σc = 0 代入原式有： （ ） 2+（ ） 2+0 = += 。故在橫隔板間不用加勁肋。 、 再從剪力最大梁格一計(jì)算： h0????= (65:39)2 = 52 80，則無需加勁肋。 但《水工鋼結(jié)構(gòu)》中提到為了支臂傳力均勻，一般均按構(gòu)造要求設(shè)置有橫向肋板，然而橫向隔板可以起到了橫向肋板的作用，就可以省去加勁肋。 零部件設(shè)計(jì)： 、 行走支承 按《小型水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》唐希元主編，選用整體鑄造式膠木滑道（如圖 ）： 圖 54 40 22 0 4030 085 13 0 φ 65φ 262045120 膠木滑塊計(jì)算：下滑塊受力最大，其值按《小型電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（黃希元主編）為閘門底檻以上 1m 處水壓 R=， 則滑塊單位長度的承壓力為 q = 103300 = (??/????)。根據(jù) C20 混凝土設(shè)滑塊長度為 B = q[σ?]= = ≈ 300mm， 根據(jù)上述 q 值由下表查得軌頂弧面半徑 R=150mm，軌頭設(shè)計(jì)寬度 b=35mm，鋼軌高度h=B/3=100mm 膠木滑道與軌頂弧面的接觸應(yīng)力按下式進(jìn)行驗(yàn)算： ? ? )/(700)/( 22m a x mmNmmNRq j ????? ?? 尺寸如下圖 所示： 圖 滑軌圖 R150b=35mmh=100mmB=300mm 、 側(cè)向滑輪： 55 弧形閘門側(cè)向滑輪在《小型水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)》（黃希元編著 184 頁）中按構(gòu)造設(shè)計(jì)（見下表），本閘門選用槽內(nèi)式，其尺寸結(jié)構(gòu)見下圖 ： 圖 策滑輪尺寸圖 、 止水裝置 止水板厚 10mm,止水螺栓為 M16，螺栓間距為 200mm。角鋼為 L100X8。 圖 止水裝置尺寸圖 水壓P側(cè)止水底止水 56 、 啟吊零部件設(shè)計(jì) 吊耳尺寸簡(jiǎn)圖 如下： 圖 、 吊軸和吊耳板驗(yàn)算 （ 1）吊軸。由于采用雙腹式邊梁，采用 Q235鋼，由《水工鋼結(jié)構(gòu)》范崇仁編著第二章表 28 查得 ? ? Mpa65?? ，采用雙吊點(diǎn)，每邊起吊力為： )( kNTP ????? 啟 吊軸每邊剪力 )( kNPV ??? 需要吊軸截面積 ? ? 23 665 mmVA ???? ? 又 57 22 ddA ?? ? 故吊軸直徑 40 m m=d)( 取???????? mmAd 吊耳板強(qiáng)度驗(yàn)算。按局部緊接承壓條件，吊耳板需要厚度按下式計(jì)算。由表查得 Q235鋼的 ? ? 2/80 mmNcj ?? ，故： ? ? mmd Pt cj 3 ?? ??? ? 因此在邊梁腹板上端部各焊一塊厚度為 40mm的軸承板。軸承板采用圓形，其直徑取為D=3d=3 40=120mm。 、 吊耳孔壁拉應(yīng)力按下式計(jì)算： ? ?kcjk rR rR ??? 22 ???? )/( 23 mmNtdPcj ?? ????式中 ， 吊耳板半徑 R=120mm，軸孔半徑 r=40mm，由《水工鋼結(jié)構(gòu)》范崇仁編著第二章表 28查得 ? ? Mpak 120?? ，所以孔壁拉應(yīng)力： 2222 22 /)/( mmNmmNk ????????? 故滿足要求。 58 、 上下支臂間的支承桁架： 主橫梁弧形閘門的支承桁架不受力，按構(gòu)造要求采用一對(duì)角鋼，直接與支臂翼緣連接，其節(jié)間長度小于 2～ 3m，其布置形式與尺寸見下圖 ： 圖 支承桁架 主要構(gòu)件 計(jì)算結(jié)果總結(jié) 主橫梁水平次梁頂梁底梁邊梁邊梁總水壓作用點(diǎn)鉸心水平線水位線縱梁水平次梁、頂、底梁：槽鋼（ 18a]） 縱梁 ：工字鋼（ 420x10+650x10+250x10） 邊梁 ：工字鋼 (420x10+390x10+300x10) 59 主橫梁 ：工字鋼 (中間 120x12+650x10+250x12，兩邊 120x12+390x10+250x12) 支臂：工字鋼 (20x12+450x12+20x12) 各部件詳細(xì)尺寸見附 錄 。 結(jié)語 至此，“ 灣灣川弧形鋼閘門改造 ”的設(shè)計(jì)任務(wù)已經(jīng)全部完成。在長達(dá) 12 周的設(shè)計(jì)過程中，我對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)、鋼閘門的專業(yè)知識(shí)認(rèn)識(shí)的更加深入。本課題取材于 通化設(shè)計(jì)院對(duì)灣灣川水電站除險(xiǎn)加固課題 ，通過研究，掌握水工鋼閘門的工作原理、設(shè)計(jì)方法、構(gòu)造措施和基本性能，培養(yǎng)了我分析問題、解決問題的能力。 從開始了解工程概況、現(xiàn)場(chǎng)條件，到后來的方案分析，再到后來的閘門設(shè)計(jì)，每一個(gè)階段都有不同的收獲，現(xiàn)概括如下： 通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件的分析，考慮可選擇的方案并且研究分析。過程中不斷搜索資料并且比較分析，了解了鋼結(jié)構(gòu)材料的種類和規(guī)格及其受拉、受壓、受剪性能，最終選擇了最佳方案 弧形鋼 鋼閘門。 在 弧形 鋼閘門的設(shè)計(jì)中，對(duì)各構(gòu)件的荷載選取、結(jié)構(gòu)分析、承載力驗(yàn)算、剛度驗(yàn)算、穩(wěn)定分析等，進(jìn)而鞏固了有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容，最終設(shè)計(jì)并選取了合適尺寸的 主框架、 閘門面板、主梁、 次梁、 頂 /底梁、邊梁 、支臂、行走支承、側(cè)滑輪、鉸鏈、吊耳、支臂桁架 。 參考文獻(xiàn) 60 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GB500172021） 《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（ SL741995） 《水工鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)》，李昆主編， 《中小型水利水電工程典型設(shè)計(jì)圖集》 水工閘門分冊(cè) 《閘門與啟閉設(shè)備》，劉細(xì)龍，陳福榮著， 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，別克 .戴維森， 《水工鋼結(jié)構(gòu)》，范崇仁主編， 《小型水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》，黃希元主編， 《罐區(qū)水工建筑叢書 閘門與啟閉機(jī)》，蔡正坤主編， 《露頂式弧形鋼閘門典型設(shè)計(jì)手冊(cè)》水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局編， 謝辭 61 歲月如梭 ， 轉(zhuǎn)眼間， 四 年的 本科 生求學(xué)生活即將結(jié)束，站在畢業(yè)的門檻上，回首往昔，奮斗和辛勞成為絲絲的記憶，甜美與歡笑也都?jí)m埃落定。 長春工程學(xué)院 以其優(yōu)良的學(xué)習(xí)風(fēng)氣、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲蟹諊涛仪髮W(xué)，以其博大包容的情懷胸襟、浪漫充實(shí)的校園生活育我成人。值此畢業(yè) 設(shè)計(jì) 完成之際，我謹(jǐn)向所有關(guān)心、愛護(hù)、幫助我的 老師及同學(xué)們 們表示最誠摯的感謝與最美好的祝愿。 本 畢業(yè)設(shè)計(jì) 是在導(dǎo)師 任玉珊 教授的悉心指導(dǎo)之下完成的。 四 年來，導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。導(dǎo)師不僅授我以文，而且教我做 人，雖歷時(shí) 四 載，卻賦予我終生受益無窮之道。本畢業(yè)設(shè)計(jì) 從選題到完成，幾易其稿，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血，在此我向我的導(dǎo)師 任玉珊 教授表示深切的謝意與祝福！ 本 畢業(yè)設(shè)計(jì) 的完成也離不開其他各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心與幫助。在此也要感 魏述和等各位老師在 畢業(yè)設(shè)計(jì) 開題、初稿給出的幫助 ，感謝 謝 尹志剛等老師在 預(yù)答辯期間 為本 畢業(yè)設(shè)計(jì) 所提出的寶貴意見 ，還要感謝同門的師兄師妹們，在科研過程中給我以許多鼓勵(lì)和幫助?；叵胝麄€(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 的寫作過程，雖有不易，卻讓我除卻浮躁，經(jīng)歷了思考和啟示，也更加深切地體會(huì)了 水利水電工程 的精髓和意義，因此倍感珍惜。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過 大學(xué) 生活的 水利水電工程專業(yè) 各位同門，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 借此機(jī)會(huì)我還想感謝我的家人，他們無論在精神上還是物質(zhì)上都給與我無盡的支持，讓我的生活不曾有波折，并教會(huì)我感恩和堅(jiān)強(qiáng)。另外感謝大學(xué)四年來的所有任課老師，是你們讓我沐浴在大學(xué)知識(shí)的海洋。 感謝 長春工程學(xué)院 ，給了我知識(shí)，給了我思想，給了我成長，也給了我舞臺(tái)。 “ 明德致遠(yuǎn)，篤行務(wù)實(shí) ” ， 我將牢記長工程的校訓(xùn)，并用它指引我前進(jìn)， 愿 長春工程學(xué)院 的明天更加美好！ 62 附錄 ：