浅析底轴驱动式翻板闸门(钢坝闸)结构中的疲劳问题
底轴驱动翻板闸在水利工程中的应用探讨
科技创新底轴驱动翻板闸在水利工程中的应用探讨□杨建中赵磊摘要底轴驱动翻板闸对下游冲刷影响小，建筑物整体刚度大，适应地基变形和洪水冲刷能力强，在结构安全、运行管理、使用寿命、景观效果等方面具有诸多优势。
通过底轴驱动翻板闸与平面直升闸、橡胶坝间的优缺点分析对比，探讨这一闸型在水利工程中的应用，以期对类似工程建设管理有所借鉴。
关键词翻板闸；水闸；橡胶坝；钢坝收稿日期：2018-10-07作者简介：杨建中，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，正高级工程师。
赵磊，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，高级工程师。
底轴驱动翻板闸（俗称“钢坝”）是一种新型低水头挡水建筑物，具有结构安全、运行可靠、管理方便、使用寿命长、景观效果好等优势，近年来不仅在城市河道生态治理、景观建设、市政工程以及灌溉发电等工程中得到了较为广泛的推广和使用，而且在一些中、大型工程上也有应用。
该闸型一般采用液压驱动方式，可以任意调节上游水位，对下游冲刷影响也较小，其建筑物整体刚度很大，适应地基变形能力强，较一般水闸更能适应洪水冲刷。
底轴驱动翻板闸跨度可以很大且启闭灵活，适合于10～100m 宽的闸孔，不仅结构简单，节省土建投资，而且还可立门挡水，卧门行洪排涝，另外还可调节闸门倾角在门顶形成人工瀑布效果，因此常用于城市景观工程中。
1.底轴驱动翻板闸和平面直升闸门的应用对比平面直升闸门应用十分广泛，具有闸门结构、制造、安装和运输相对比较简单，门叶可移出孔口，便于检修维护等优点。
尽管如此，平面直升闸门仍存在如下缺点：除升卧式平面闸门外，一般需要较高的机架桥和较厚的闸墩，影响过流和景观效果；具有影响水流的门槽，尤其对高水头闸门较为不利，容易产生空蚀现象；预埋件数量较多，对施工要求较高；启闭力较大，摩擦阻力影响大，需选用较大容量的启闭设备。
在城市河道生态治理和景观建设等工程中，由于不满意传统水闸高启闭机室的布置，往往倾向于选择与周围环境较为协调、景观效果较好的橡胶坝、底轴驱动翻板闸等水工建筑物。
钢坝闸门门型选择
底轴驱动下卧式翻板闸门与支撑坝的比较一、简介底轴驱动下卧式翻板闸门（钢坝闸门）是一种新型可调控溢流闸门，它有土建结构、带固定轴的钢闸门门体、启闭设备等组成。
这种建筑物适合于闸孔较宽（10m-100m）而水位差比较小（1-7m）的工况，由于它可以设计的比较宽，可以省去数孔闸墩，所以不仅结构简单，可以节省不少土建投资，而且可以立门蓄水，卧门行洪排涝，适当开启调节水位，还可以利用闸门门顶过水，形成人工瀑布的景观效果。
名称：四川米易项目规格：40mx3.7m钢坝闸门数量：3孔二、结构组成在孔口净宽范围内由左、右相对独立的两扇带底轴的门叶组成，相对孔口中心线呈对称布置，孔口中心线处的连接结构采用对各向变位有一定适应能力的Q形橡皮。
每扇门叶沿宽度方向由多块的门叶结构用螺栓拼接而成，相邻的门叶结构之间设有纵向止水。
门叶与底轴间采用螺栓连接。
翻板闸门的上游设一道底水封，采用耐磨损高分子合成硬质材料，为延长使用寿命，补偿磨损量，压板上设有预压板弹簧。
侧水封为插拔式具自动补偿功能的双向止水装置，不仅具有止水功能，在出现温变情况下，还具有自动调节功能。
翻板闸门允许门顶溢流，门顶设有破水器，以避免局部开启运行时因门顶溢流及启闭操作时造成门后负压。
底轴作为门叶纵向悬臂梁的固端和闸门启闭驱动轴是本水闸最重要的构件之一。
为最大限度地避免土建结构变形和变位对底轴运行的影响，使底轴受力状态明确，设计将底轴主体在孔口中心线处一分为二，再采用波纹管加滑动止水衬套的柔性连接形式将左右两段底轴连接起来。
三、钢坝特点1、双向挡水，启闭灵活，可任意角度（0°-90°范围内）启动/停止闸门来调节闸门；2、工程隐蔽，无碍防汛和通航，改善河道景观，可以大跨度运行。
枯水期可将闸门竖立进行检修。
3、响应速度快，压力可调，可远程控制监控。
四、支撑坝1、支撑坝结构支撑坝是由挡水板、橡胶袋（气囊）和锚固压板等组件组成，运行时充水（充气）升坝或放水（放气）塌坝。
基于底轴结构优化的钢坝闸设计
《河南水利与南水北调》2023年第11期勘测设计基于底轴结构优化的钢坝闸设计白晓明（太原市水利勘测设计院，山西太原030024）摘要：以巴公河治理段工程为背景，分不同工况对其拦截污水和泥沙的钢坝闸底轴受力情况展开分析，确定出闸门挡水的设计工况，并在该工况下对底轴、支绞座和驱动臂等主要构件展开设计分析，从底轴结构优化视角提出钢坝闸设计方法。
结果表明，河段治理工程钢坝闸金属结构埋件数量多且受力大，其所承受的应力传递至土建结构后会进一步影响土建结构应力分布。
对钢坝闸结构构件的设计思路及应力计算结果可为工程实践提供借鉴参考。
关键词：底轴结构；优化；钢坝闸设计；支绞座；驱动臂中图分类号：TV663.9文献标识码：A文章编号：1673-8853（2023）11-0070-021工程概况工程利用钢坝闸拦截污水和泥沙，配合截污工程为蓄水工程提供水源。
钢坝坝长25m ，坝高2m ；坝底板为6.20m 长、1.20m 厚的C25钢筋混凝土结构。
底板下部铺设厚0.10m 的C15素混凝土垫层，钢坝两侧设置长4m 、宽12m 的启闭机室。
钢坝上游设10m 长、0.50m 厚的C25钢筋混凝土防渗面板，面板下设置0.10m 厚的素混凝土垫层。
钢坝下游设8m长、0.40m 深的C25钢筋混凝土消力池，消力池末端与30m 长的格宾石笼海漫连接。
2设计工况受底轴驱动的翻板闸门主要包括门叶、驱动臂、支绞座、底轴等部分，结构详见图1，通过启闭机和驱动臂驱动底轴旋转后达到钢坝闸启闭的目的。
钢坝闸在底轴驱动下分别在闭门挡水、卧倒行洪、开门放水等工况运行，且闸门在闭门挡水工况下受力最大。
门叶、驱动臂、支绞座、底轴是钢坝闸主要的受力件，支绞座与驱动臂受力全部来自底轴；门叶则属于主纵梁结构，其受力程度与孔口宽度无关，而与挡水高度有关，且受力简单。
为此，文章仅分析钢坝闸底轴受力情况，并提出两种理论工况和一种实际工况。
理论工况1：钢坝闸关闭时下游无水，门叶和闸门水平面之间形成0°～90°的夹角；液压启闭机驱动力矩与水压力、结构自重、底轴和支绞座间动摩擦力所产生的力矩和处于平衡状态，扭矩主要由底轴承受。
底轴驱动式翻板闸门止水形式探讨_姜春宝
图 8 穿墙套管止水方案二
（1）新型的止水设计应进行充分 的试验、试用、优化设计，待止水满足 运用条件，止水稳定可靠再推广应 用。
（2）水封胶圈部位，尤其是转角
部位最容易损坏漏水，建议尽量减少 转角台阶，保证止水的线性压缩量和 止水刚度。
2Байду номын сангаас 之前，必须安排专人每日巡视检查龙
口的护底情况，一旦发现问题应及时 采取加固、修复措施。
（2）龙口合龙 龙口合龙的施工安排应重点做 好三项工作：一是做好合龙准备，二 是选择合龙时机，三是精心组织施工。 合龙准备包括：技术准备、合龙 泥库准备、材料准备、人员准备、机具 准备等工作，要求考虑要充分、配置 要有富裕。 合龙时间应安排在一年中低潮 位时段，一般选择农历十二月到来年 一月之间的某个小潮汛进行龙口合 龙。 龙口合龙应在统一指挥下调集 项目全部资源一次性完成，施工方法 一般采取先内外棱体平堵法合龙，再 进行闭气施工和加高堤身，并及时做 好外坡的防护工作。 龙口合龙难度大、综合性强、时 间紧，是滩涂围垦工程的标志性工程 节点，施工时必须认真对待，争取一 次性合龙成功，切不可掉以轻心。 2.4 加强水上施工安全控制 （1）熟悉设计意图，选择合理的 施工方案，确保人员及设备的安全。 （2）建立健全安全生产组织机构， 完善安全生产制度，按照安全保障体
底轴驱动翻板门的底止水见图 2，底止水橡皮有两种：一是利用压板 和螺栓直接固定在预埋止水座板上， 在门叶立起时，通过水压将橡皮的止 水端径向压在底轴外缘和轴承座外 缘上，形成线接触，实现密封，避免了 底轴下侧的漏水现象；二是门叶上与 轴承座对应设有止水座板 （见图 3）， 止水座板位于门叶厚度方向上的中
水力自控翻板闸门技术的特点以及应用中存在的问题和主要对策(精)
水力自控翻板闸门技术的特点以及应用中存在的问题和主要对策为了更好地应用水力自控翻板闸门技术,下面笔者就目前水力自控翻板闸门技术的特点和设计理论,以及我县在水力自控翻板闸门技术应用中存在的问题和主要对策谈一谈自己粗浅的见解。
1水力自控翻板闸门的特点水力自控翻板闸门利用水力和闸门重量平衡的原理,增设阴尼反馈系统,达到随着上游水位升高自动逐渐开启闸门泄流、上游水位下降自动逐渐关闭闸门蓄水的目的,使上游水位始终保持在要求的范围内。
水力自控翻板闸门主要有以下的特点:1.1结构简单,操作方便。
水力自控翻板闸门与一般钢平板闸门相比,无需机电设备及专人操纵泄流,且泄洪准确及时,能节省人力、物力;借助水位的升高,水压力的增大,逐渐自行开启闸门过流,保持蓄水位不变;当闸门全部打开时,河床泄流状况与天然河床相差无几,当水位降低时,闸门逐渐关闭蓄水,因此使用更方便。
1.2运行安全,经济实用。
由于水力自控翻板闸门能准确自动调控水位,运行时稳定性良好,管理安全、方便、省时、省力。
水力自控翻板闸门的门体为预制钢筋混凝土结构,仅支承部分为金属结构,投资为常规闸门的1/2左右。
因此,施工简便、造价低廉,且维修方便,节省费用。
2水力自控翻板闸门的设计理论2.1翻板闸门的规格及其选配水力自控翻板门一般按定型设计生产,翻板门每扇均设两个支墩,其位置按门板正负弯矩大致相等之原则设在距门边0.222门宽处,翻板门通过支墩安装在底板或底堰上。
水力自控翻板门实行生产许可证制度,厂家负责水力自控翻板门各部件的设计,制作与安装,因此,作为翻板门坝和水工设计实际上如何进行翻板门的合理选配,同时完成其基座-底堰或底板及坝上下游护岸的结构设计。
如何合理地选配翻板门呢?其原则不外乎是安全经济。
众所周知,水力自控翻板门由于其“活动性”,相对于同高的固定坝型其造价较高,而且,单位面积门价按大于一次方关系随门高递增,因此,水工设计人员首先选择知名厂家生产的产品,然后综合工程造价,淹没损失等诸多因素择优选定翻板门的型号(主要是门高)和数量。
钢坝、底横轴旋转钢闸门与自控翻板门的比较
三、底横轴旋转闸门（钢坝）与水力自动翻板闸门的方案比较（一）、泥沙淤积对启门影响由于自动翻板闸门采用中间支铰结构，门前泥沙力矩为启门阻力距，有时致使水力到开启闸门，因此在闸门下游往往需要增加启闭辅助设备，即便是如此也很难保证启闭自如的效果，因为泥沙淤积量常常难以预测。
而钢坝是向一侧倾倒淤积或石头等杂质对坝的升和塌无法形成阻挡，它的淤积力矩为塌坝动力矩，更利于塌坝，更利于泄洪顺利进行，不至于导致上游被淹没的情况发生（请参考图示）。
（二）关门受阻当自动翻板闸门打开一段时间，上游水位下降后，需要自动关门时，如果这时泥沙、石头淤积在闸门的底部或树枝等浮游硬物卡在转动支铰部位时，闸门就无法自动关闭，只能等到上游水放尽，人工清淤后，闸门才能复位，而此时上游河底已露出水面（难看），重新蓄满水需要很长时间或很多费用，但钢坝应急泄洪后，根据上游来水情况，当达到上游需要设定水位时，启动钢坝的驱动装置，可以随时立坝蓄水，门体及附近是否有淤积（包括树干、树枝或其他杂物）对立坝没有任何影响（请参考图示）。
关门受阻底横轴旋转闸门与翻板闸门对比（三）影响泄洪断面一般情况，自动翻板门因为考虑到依靠自重翻门，所以门体制作比较厚，当翻倒泄洪时，中间形成一道很厚的阻水面，有时厚度达到1m，严重影响泄洪断面，当上下游水位较大时，易造成将闸门冲走，而钢坝是向下游倾倒，倒下后坝体在坝底板高层以下，不会形成阻水现象（请参考图示）。
影响泄洪断面底横轴旋转闸门与翻板闸门的比较（四）脉动（拍打现象）自动翻板闸门在运行过程中的流态相当复杂，闸门受泄水量和风浪的影响，门前水位往往在变化之中，而闸门随着门前水位的变化，力系失衡后，闸门的开度也不断发生变化，严重时将会使闸门产生越来越大幅度的摆动，以致不能控制，从而使闸门失衡。
出现“拍打”现象时，易导致闸门坝坎结构毁坏，大大缩短翻板门的寿命，甚至使闸门、门基础全部毁坏。
而钢坝可以有效的避免这一系列现象的发生。
浅谈平板钢闸门问题分析及工程措施
浅谈平板钢闸门问题分析及工程措施摘要：文章主要分析了平板钢闸门的漏水和启闭失灵问题，结合实际工程经验，提出了门槽和止水的设计应采用的工程措施，仅供参考。
关键词：平板钢闸门；问题分析；门槽设计；存在问题；工程措施前言工程的运行，闸门启闭机是否灵活，止水状况如何都直接影响着分水引洪工作的效率及成效。
闸门的漏水与启闭机灵活与否也一直困扰着水利管理人员。
但是门槽与止水的设计又是保证门槽经久耐用启闭是否灵活，止水是否有效的关键。
根据经验，平板钢闸门的问题通常表现为：止水橡皮断裂、止水失灵；压力轮(悬臂轮)、导向轮不着轨道；门槽只是简易的砼材料或在原浆砌石上附着一层砂浆；预埋角钢由于设计考虑不周而导致扭曲变形使滚轮失效、失灵；滚轮不能正常滚动等。
文章主要分析了平板钢闸门的漏水和启闭失灵等问题，结合实际工程经验，提出了门槽和止水的设计应采用的工程措施。
二、存在的问题针对平板钢闸门的漏水和启闭机失灵等问题进行剖析，总结如下：1：侧止水安装定位不当，部分甚至落入门槽，失去止水意义；2：闸门板底脚的底止水与侧止水衔接不紧凑，搭接不严实3：原水闸设计中，对平板止水墩面上的接触面一般为砼表面或在原浆砌石上附着一层砂浆面，表面粗糙，磨阻力大，容易拉断或撕裂橡皮；4：闸门较宽，单吊点闸门受力不均衡，稳定性差。
5：门槽只是简易的砼材料，滚轮摩擦的阻力大甚至成滑动摩擦，造成启闭闸门阻力大，启闭失灵；三、相应的工程措施在节水续建改造工程中对门槽和止水的设计采用了相应的工程措施，结合实际工程经验，从以下几点作分析：3.1止水设计止水的设计分为P型侧止水和平板止水两个主要部分。
①P型侧止水在门板迎水面靠闸墩一侧安装P型止水橡皮，用平头螺栓连接再焊于板面的角钢上，且在设计中考虑5mm的压缩量，使P型橡皮的橡皮球压缩紧贴于预埋在焊接的钢质平面上，超过门槽的上游沿口5cm。
同时，底止水与侧止水交角处将橡皮割切成一定断面进行弯转搭接，经压板螺栓连接，这样，就在门板上游由底止水和两侧止水形成连续性密封止水带，使闸门滴水不漏。
浅议平板钢闸门问题分析及工程措施
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ －３ ７ ９ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ （ ｃ ） 一Ｏ ０ ５ ４ —０ １
２ ． １ 闸门 漏水情 况 底栏 处采用倒角的形式 。 ２ 复核原 闸室 的几 何参 数 在 当下的 工程 中， 闸 门 的 漏 水 现 象 普 ２． 平 板 闸 门 的 施 工 过 程 属 于 加 固 工程 ， 遍存 在 ， 并 且 绝 大 部 分 的 情 况 都 在 闸 门 的 四角或是底部 发生 ， 在 设 计 中 虽 然 闸 门 有 俺 么 新 闸 门 的 尺 寸 会 受 到 已 建 工 程 的 限 当 闸 门 在 进 行 制 作 或 是 安 装 之 前 应 该 各 种 各 样 的止 水 形 式 ， 可 是 在 实 际 中往 往 制 ， 复 合 现 有 的闸 室 尺 寸 ， 也 会将止水形 式的选择忽略 ， 同 时 对 漏 水 通 进 行 准 确 的测 量 ， 道没有足够 的重视 。 无论 是 制 造 还 是 安 装 就 是 对 闸 室 的 宽 和 高 多 进 行 精 准 测 量 ， 对 方 面 都 因 为 止 水 座 板 的 焊 接 效 果 差 的 原 闸 室 的 高 程 和 孔 口的 中心 距 离 进 行 复 核 。 ３ 清 理下游 围堰砂 石 因， 导 致 了 门 槽 埋 件 和 止 水 座 在 安 装 后 发 ２． 生 了严重变形 ， 也 使 得 止 水 座 板 不 能 够 保 当对 上 游 门槽 处 的 砂 石淤 泥 造 成 的 检 那 么 就 会 造 成 漏 水 加 大 持水平状态 ， 不 能够 在 一 个平 面 上 ， 这 种现 修 门 放 不 到 底 时 ， 下游 的 闸 墩 头 处 会 使 杂 味 想 围堰 象的发生 ， 会 严 重影 响到 闸 门的 封 水 效果 。 的状况 ； １ 平板 钢闸门的止水结构形式 严格 履行 《 水 工建 筑物 金属 结 构制 造 与 处 倾 斜 ， 或是 摆 放 不 到 位 。 面 对这 种 情 况就 １ ． １顶止 水 顶止 水 一 般 使 用 压 板 和 垫 板 把 止 水橡 安 装规 范 》 ， 保 证 任 何 一 个断 面止 水 座 板和 可 以 采 取 闸 孔 在 施 工 前 开 闸 或是 冲 淤 杂 的 皮夹紧 ， 然 后利 用 螺 栓 将 其 固 定 在 门 或 是 主轨 距 离 不得 超过 ０． ６ ｍｍ， 与此 同时 ， 门业 方式 ， 或 是采 取 门槽 处 潜 水 工 清 于 的措 施 ， 门楣上， 在这个过程 中， 要特 别注 意 止 水 橡 止 水 座 面 的 不 平 整 度 不 能超 过２ ｍｉ ｎ， 在 门 这样 才 能够 保 证 闸 室 检 修 门 或是 围 堰 的 正 应 该 保 证 施 工 的 质量 ， 是 常 吊装 工作 。 皮的设置方 向 ， 要 根 据 水 压 的 方 向来 进 行 槽 的 施 工 过 程 中 ， 确定， 一般 情 况下 ， 止 水 橡 皮 在 受 到 水 压 埋 件 有 更 高 的 精 准 度 。 在 设 计 上 也 要 有 很 ２． ４ 缝墩 检修 门槽处 对螺 栓 孔的 封堵 后， 保 证他 的 圆头 能 够 在 止水 座 板 上压 紧 ， 严格的控制措施 ， 首先是顶侧止水 ， 平 板钢 在开始施 工没有 经验的情 况下 ， 往 往 以 防止 水 橡 皮 脱 离 。 闸门 的 顶 、 侧 止 水一 般 采 用 的 是Ｐ型 橡皮 的 会 忽 略 了缝 墩 门 槽 销 栓 孔 处 的 封 堵 工 作 ， 通 常情 况 下 ， 为 了达 到 止 水 的 效果 ， 应 形 式 ， 对 他 规 格 的 界 定是 在 ４ ５ ～６ ０ 之间， 那 结 果 这 种 忽 视 就 会造 成 开 泵或 是 闸 室 内水 该考虑他的预 压量 ， 预 压 量 一 般 情 况 下 控 么４ ５ 的一 般 应 用在 中小 闸 门 中 ， ６ Ｏ 的主要 使 位 的 降 幅 现 象 。 事 后 的 检 查 分 析 也 是 很 重 制在２ ～４ ｍｍ， 顶 止水或是侧止 水装置 中 用在大闸门中， 由于 闸 门 的 孔 口比 较大 ， 所 要 的 环 节 ， 仔 细 检 查 缝 墩 门槽 底 部 对 销 螺 的 点半 ， 要选用什么来垫 ， 这 是 一 个 细 节 问 以 要 用Ｐ 值 大 些 的 橡皮 型号 。 确 保安 装 符 合 栓 孔 有 没 有 封 堵 。 最 后 把 已 经 做 好 的检 修 题， 通 常 要 选 用 Ｐ型 橡 皮 的 圆头 ， 这 样 做 可 公 差 范 围 内 的 封 水 严 密 性 。 当 闸 门 顶 侧 的 门 冲 洗 吊 出 ， 再 将 门 槽 处 的 水 下 螺 栓 孔 进 以死是 止水面保持 平直状态 ， 而 垫 板 一 般 止 水橡 皮 在 粘 结 时 ， 粘 接 处 的 胶 量 不 宜 太 行 封 堵 ， 成功 解 决 以 上 问 题 。 都 是采用厚一 点的钢板 ， 同时 也 要 将 其 焊 大 ， 如果 过 大 ， 就 会 产 生 与 周 围 的橡 胶 的 性 ２． ５ 底板 冒水处 理 在 门叶上 ， 不 过 有 的 是 采 用 薄 钢 板 或 是 橡 能 不符 合 ， 所 以在 实 际 操 作 中 ， 可 以考 虑 选 在利 用 风 镐进 行 对 闸 门槛 埋件 的 拆 除 ， 部 分 底 板 会 皮 材质来做垫板 。 而 另一 种 采 用 型 钢 做 垫 用 橡 皮 的 型 号 ， 转 角 橡 皮 是 不错 的选 择 ， 他 闸 底 板 打 砸 临 时 积 水 坑 洞 时 ， 板， 这 种 方 法 可 以 同 样得 到 不 错 的 效 果 ， 顶 可 以 克 服 粘 接 形 式 带 来 的 弊 端 。 另 外要 注 出 现 漏 水 现 象 ， 那 么 就 要 先 用 木 塞 进 行 填 水 封 压 板 对 止 水 也 会 产生 较 大 的 补 ， 如果 这 种 方 法 没 有 效果 ， 那 么既 要 进 行 止 水的 装 置 中 的 压 板 ， 大 多数 情 况 下 ， 除了 意的是 ， 用 加 紧 止水 的 橡 皮 之 外 ， 同 时 也 防 止 了 止 影 响 ， 压 板 保 持 一 定 的 强 度能 够 使 橡 皮 的 具 体 分 析 研 究 ， 确 定 建 闸 时 底 板 的 浇 筑 时 水 橡 皮 在 启 闭 过 程 中 出现 翻 卷 或 是 损坏 的 压 缩 程 度达 到 均 匀 ， 所 以这 就 要 求 ， 压板 的 候 密 实 ， 再用 灌 浆 技 术 进 行 处理 。 尽 管 效 果 情 况， 从一定程 度上避免了意外的发生 。 厚度 不 能够 小 于 １ ０ ｍｍ， 同时 也 要特 别注 意 仍 然 不 够 晚 上 ， 但 是 闸 运 行 从发 展至 今 ， 通 １ ． ２侧 止 水 的是 ， 压 板 和 Ｐ型 头 之 间 的 缝 隙 不 能 够 太 常 合 理 的 方 式 都 是 用 浇 筑 混 凝 土 的 方 式 。 平板 闸 门 的 侧 止 水 与 顶 止 水 有 着 基 本 大 ， 闸 门 顶止 水应 该 设 置 跷 头 压 板 ， 特别 是 相同的造型形式 。 遇 到 水 头 较 高 的潜 孔 闸 门 的 时 候 ， 一 定 要 ３ 结 语 闸 门 止 水 的 作 用 是 能 够 在 闸 门 关 闭 １． ３底止水 采 取 相 应 的 手 段 来 避 免 止 水 橡 皮 发 生破 损 用 压 板 和 螺 栓 固 定 在 门叶 面 板 上 就 是 或 是 翻 卷 的 想 象 ； 对于 低 水 头 的 闸 门 来说 ， 后， 将 门叶 和 闸 孔 进 行 堵 塞 ， 为 了避 免 出现 平 板 钢 闸板 的 底 止 水 橡 皮 ， 将 止 水 橡 皮 设 在 工 作生 应 该 采 用 游封 水 结 构 的 形式 。 漏水现象 ， 那 么 止 水 装 置 一 般 都 是 安 装 在 在这里需要特别强调的是 ， 底、 侧止 水 门叶 上 ， 为 了方 便 以 后 的 维 护 工 作 ， 能够 使 置成面板 背水面的 构造形式 ， 将 止 水 橡 皮 设 置在 了 迎 水 面 的 构 造 形 式 ， 在 这 里 需 要 在 连 接 处 常 常 将 漏 水 通 道 的 问 题 忽 略 掉 。 止 水 在 闸 门 关 闭后 保证 其 可 靠 性 ， 防 止 漏 强调 的是 ， 止 水 橡 皮 一般 采 用 的 是 条 形 橡 底 止 水 和 侧 止 水 在 进 行 连 接 的 时 候 ， 一 定 水 。 从 现 实情 况 总 结 ， 闸 门 如 果能 够 灵 活运 皮的形式。 耍避 免侧止水 按照弧段的形式 来进行 ， 如 行 ， 取 决 于 施 工 步 骤 的 合理 性 ， 施 工 质 量 要 果 没 有加 强 注 意 ， 就 会 出 新 撕 裂 和 开 胶 的 符 合
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■【科技推广与应用浅析底轴驱动式翻板闸门(钢坝闸)结构中的疲劳问题张明陆海翔任菲菲底轴驱动式翻板钢闸门是近年来 逐步兴起的一种双向挡水结构，由于 其具有门顶过水形成人工瀑布、结构 隐蔽、卧门行洪、开度无级可调等景观 特点而被广泛应用于城市河道管理 中，最典型的是建于2005年的上海苏 州河口闸。
但是从力学结构反视之，该 闸门结构部分采用了一些违反设计原 则的结构，势必会影响工程结构的使 用安全，尤其体现在结构疲劳方面。
由 于该类型闸门在设计过程中并未考虑 疲劳设计，因此也就未有疲劳寿命一 说。
但是历来结构事故中，疲劳破坏及 失稳破坏占比达到80%以上，结合门 体所受载荷特征，易受到流激振动的特 性，可以确信底轴驱动式翻板钢闸门是 一种易疲劳结构，因此笔者认为底轴驱 动式翻板钢闸门在水利行业的推广值 得业内人士的重视与商榷。
下面以疲劳 破坏为关注点，从结构上的应力集中、 焊缝(焊缝组织、焊缝残余应力、焊缝外 形)、闸门载荷等角度对该类型闸门的 缺陷处进行问题分析。
一、底轴驱动式翻板钢闸门结构底轴驱动式翻板钢闸门又名钢坝 闸，顾名思义是一种通过驱动底轴来 操控闸门启闭的一种闸门结构，其主 要由门叶结构、底轴、支铰座、拐臂结构、水封结构、锁定结构、冲淤系统等 组成(见图1);结构连接方式主体以 焊接为主，局部以栓接为辅;结构类型 可拆分为底轴和支铰支撑组成的多跨 超静定结构及以底轴为固端，门叶主 纵梁为自由端的悬臂结构两种平面结 构。
工作运行原理是由液压启闭机驱 动拐臂，于轴两端形成扭矩，驱动底轴 与闸门绕轴心线旋转。
从力学模型的角度来看，门叶与 底轴连接是典型的悬臂结构；进一步 从刚、柔性连接方式来看，连接弧板 (梁系端板）与底轴连接部位为栓接、 螺栓数目较多且螺栓布置在翼缘内 侧，视为半刚性连接;而门叶与连接弧 板部位采用的是全熔透焊（见图2 )， 视为刚性连接，且该部位应力集中现 象严重又为焊缝位置，因此该部位是 结构中相对比较薄弱的缺陷部位（易 疲劳部位)。
另外，大型底轴结构由于 厚板缺陷、厚板卷制晶界拉长造成位 错引起硬化导致塑性下降脆性上升等 因素也是该类型闸门的缺陷部位。
二、底轴驱动式翻板钢闸门制作简述底轴驱动式翻板钢闸门是典型的 弯扭剪组合结构。
底轴制作:小直径的 底轴可直接采用热轧的无缝钢管;直径较大且壁厚的底轴可采用钢板分段卷 制后，进行纵缝焊接成段后再运于现场 环缝焊接成整体。
待底轴组装完整后即可将底轴连接 弧板通过螺栓紧固于底轴之上；最后将 闸门吊至指定位置后与弧形连接板焊接 即可。
三、底轴驱动式翻板钢闸门缺陷分析底轴驱动式翻板钢闸门的薄弱环节 与关键部位是底轴以及门叶与底轴的连 接焊缝。
其原因分析如下：1.应力集中的影响(1) 截面变化导致的应力集中。
立面图（图2)中，底轴连接弧板与主梁翼缘的 对(搭)接方式为变截面对接，在不考虑 焊缝斜坡的作用下，这种截面变化几乎 为突变截面对接，因此该位置应力集中 现象严重，其比《钢结构设计规范》 (GB /T 50017-2003)中疲劳计算的构件和 连接分类8的情况更易疲劳。
(2)刚度变化导致的应力集中。
结构中，门叶主梁抗弯刚度E I 较好，抗扭刚 度较差，底轴的抗弯、抗扭刚度较好。
结 构的刚度主要由弹性(剪切)模量与截面 形状来决定。
当材质确定后，对于各向同 性材料弹性模量G I 与剪切模量G 即确 定，因此，刚度的变化主要取决于截面 (极)惯性矩的变化。
悬臂端，截面为工字图1某闸底轴驱动式翻板闸门的主体结构组成图图2某闸底轴驱动式翻板闸门剖面、立面图I【科技推广与应用钢截面，固端截面为底轴断面，两者的 变化导致截面惯性矩的变化从而导致 结构刚度的变化，亦形成应力集中。
2. 焊缝接头形式的疲劳影响焊缝接头形式主要分为对接焊缝、T型对接焊缝、角接焊缝、搭接焊缝。
四种接头形式中，对接焊缝由于焊 缝至母材的形状改变不大，载荷传递 较平稳，应力集中系数低，因而疲劳强 度高;T型接头由于在焊缝向基本金属过渡处有明显的截面变化，应力集 中系数比对接接头的应力集中系数高，其疲劳极限远低于对接接头;搭接 接头则是疲劳极限最低的接头形式，特别是在原来对接接头的基础上，增 加盖板来进行“加强”，其结果适得其反，这种盖板非但没有起到“加强”作 用，反而使原来疲劳极限较高的对接 接头被大大地削弱。
底轴驱动式翻板闸门的翼缘与连 接弧板对接方式的疲劳强度应介于T 型接头与搭接接头之间，在端部，由于 受到截面形状的改变，且底部是弧形 板，立板与连接弧板形成非90。
夹角 关系，在形成锐角焊缝的位置，应力集 中系数增长迅速，应力集中加剧，疲劳 强度将严重下降。
前述还是理想化的 焊缝截面形状，由于这部分焊接需要 在现场焊接，焊接质量不如厂内制作 可靠，如果再有缺陷存在，尤其咬边，其本身就是焊接裂纹，由于其又与结 构拉应力方向垂直，将加重裂纹尖端 应力集中的趋势。
3. 焊缝组织对疲劳强度的影响焊接是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料 如塑料的制造工艺及技术，实质是对 金属材料的加热、熔合与空冷即“正 火”，焊接质量取决于焊缝区、熔合区以及热影响区三部分。
由铁碳合金相 图可知，低碳钢(亚共析钢）的正火条 件是将材料加热到AC3线以上30) *50-保温一段时间后将其全部奥氏体化后于空气中冷却形成正火组织，塑性变形的结构还会形成重结晶区。
正火组织以及重结晶区晶粒细小，受力条件好;但是，焊缝区、熔合区、热影响区中的过热区由于接近焊接电弧，电弧温度高，远超临界线AC(线最大温度9120，一些晶粒不断加热长大，甚至吞噬其周边的晶粒，导致空冷后该区域组织晶粒粗大，晶界较少;甚至在冬天焊接时，周边环境温度较低，且焊后保温工作未做好，焊缝周边组织急冷，形成针片状魏氏组织，严重影响材料的塑形与韧性，脆性较大，对动载荷尤其是冲击载荷过敏。
4.焊接残余应力的影响由于塑性屈服的存在，焊接残余应力对结构静强度基本没有影响;但是由于存在较高的残余应力主要是拉应力，会影响到结构的疲劳强度;曾经在葛洲坝二线永久船闸的大修检查中，发现在全寿命周期为压应力的节点板焊缝的焊趾部位也出现了疲劳裂纹。
主要原因是因为焊缝在焊后出现横向收缩，焊缝沿线具有横向残余拉应力，该处的残余拉应力可能很高，甚至会达到材料屈服强度。
如果把这么高的残余拉应力与工作压应力相叠加形成应力拉压组合，这就具备塑性疲劳的基本条件。
同理，当底轴驱动式翻板闸门在门顶溢流以及启闭频繁等情况下，在门叶结构的背水面梁格翼缘与连接弧板的连接焊缝处，工作应力与残余拉应力将形成应力拉压组合，具备结构疲劳的基本条件。
对于一般材料，疲劳的过程分为应力集中处疲劳裂纹萌生、疲劳裂纹扩展、结构瞬断三个阶段；而焊接结构由于焊缝本身就是结构缺陷，因此，其基本只有两个发展过程，即疲劳裂纹扩展、结构瞬断两阶段，这也是焊缝布置应避开应力集中区和高应力区的原因。
底轴驱动式翻板闸门偏偏把焊缝布置在了结构的高应力区以及应力集中区，这在根本上违反了焊缝的布置原则。
对受到动载荷的结构一般都会进行消除焊接残余应力。
但是，在消除残余应力的措施中，整体退火及时效处理是非常有效的手段。
不过，由于底轴驱动式翻板闸门整体尺寸偏大，难以找到相应大小的退火炉进行整体退火；而时效处理则需要工程工期予以保证，而现今的水工闸门结构基本都要求在一个非汛期内完成，且本道焊缝基本为结构最后的一道焊缝，焊完该道焊缝已基本临近水下验收(放水）时间，时效处理根本不可能。
另外结构已成固体，振动亦不可能;因此，消除焊接残余应力只能采取局部退火，即焊前预热与焊后热处理等手段来保证，局部消除应力对于自由度高的结构可能有效，但是对于拘束度较高的结构，效果有待验证。
5.荷栽的影响《水利水电工程钢闸门设计规范》(SL74-2013)对闸门结构的疲劳设计虽然未作具体的要求，但由于动水的存在，闸门的振动、疲劳的确是闸门结构设计的关键点，也是闸门失事的重要原因。
底轴驱动式翻板闸门过水时，肯定会形成门顶溢流即动水状态，闸门在动水(包括止水漏水)状态下，总会出现振动，一般情况下，振动较小;但是，如果水动力荷载的激励频率与闸门结构的自振频率相等或者相近，闸门将会产生共振，尤其是击水动载荷的高能区长期位于闸门结构的低频区时，结构振幅剧增，使门叶结构出现不平常的应力与应变，严重时可能导致结构失稳，酿成破坏事故。
因此，对于需要长期溢流的结构，应尽量避免选用该类型闸门。
闸门的每一次启闭也是对其端部施加一次交变载荷，形成交替的拉压应力组合，助长结构疲劳的态势。
因此，对于长期需要频繁启闭的闸门结构，也应尽量避免选用该类型闸门。
底轴驱动式翻板闸门由于底轴抗扭刚度较大，而门叶抗扭刚度较小，由于刚度突变及应力集中情况存在，导致结构无法承受冲击载荷。
因此，对于可能会受到冲撞的船闸，若要应用该类型闸门须慎之又慎。
五、建议(1)设计层面上，对于底轴驱动式翻板钢闸门，由于其采用了应尽量避免的悬臂结构，因此受力状态不甚良好，因此，建议锁定方式能由拐臂锁定转变为■【科技推广与应用浅谈混凝土薄売窖建造技术庄文贤尹德庆王雯张静西刘广勤李晓明针对传统混凝土建窖技术造价高/施工期长/抗裂性差等方面的问 题，研制出以原状土基坑和气囊为内外模板构建水窖的工艺及气囊装置。
实践表明，修建水窖对雨水进行资源 化利用是国内许多缺水地区缓解水资 源供需矛盾的有效途径，可对跨区域 调水形成有效补充。
传统混凝土水窖 施工工艺复杂，建造成本偏高，大体量 窖体易于发生水压涨裂，影响到工程 投资回报率及社会资金的投资积极性。
为解决上述问题，研发出新型薄壳 窖快建工艺及气囊模板装置，可低成 本快速构建抗裂型薄壳窖，具有很强 的推广应用价值。
一、结构形式混凝土薄壳窖根据需要可为球形、椭球形薄壳结构，系统构成要素如 图1所示。
它由蓄水间、窖壁、窖颈、窖 盖、沉砂池和进水管六部分组成。
球形薄壳窖的技术参数有以下几项：1. 水窖内径D1=2 (1)式中:D i为水窖内径，m;V为球体 积，m3，依据需水量与来水量十算确定。
2. 开挖直径B=2a+D"(2)式中：B为开挖直径，m;a窖壁厚，m;D i为水窖内径，m。
3. 开挖深度式中:H为开挖深度，m;h为冻土门顶锁定，将结构由悬臂转为四边简 支，利于结构受力。
此方法受限于较短 孔口的底轴驱动式翻板闸门。
另外，设 计说明须注明对易疲劳部位的焊缝必 须采取焊后热处理，细化晶粒，提高焊 缝区域的塑形与軔性。
(2)尽量避免止水漏水、门顶溢流 等动水状态；尽量避免闸门频繁启闭层厚度，m;D2=Di+2d，d为窖壁厚度，m。
4.混凝土采用细石混凝土。
二、施工工艺流程及气囊模板装置混凝土薄壳窖施工依托原状土边壁和充气气囊模板完成，具体施工步骤见图2。