弧形钢闸门的制造

弧形钢闸门的制造 目 录 弧形钢闸门的制造 1概述 2弧门制造的准备工作 3弧门主要零部件的制造 4门叶的拼装与焊接 5弧形闸门支臂的制造 5弧形闸门厂内总体预组装

弧形钢闸门的制造 1概述 弧形闸门是水利水电工程中广泛应用的门型之一。常用于水工建筑物上作为工作闸门。 优点：结构简单、所需闸墩的高度和厚度较小、没有影响水流流态的门槽、 启闭力小、操作方便、埋件少等。 缺点：所需闸墩较长、无互换性、不能提出孔口以上进行检修、总水压力集 中于支座处、对土建结构不利等。 弧形闸门形式：露顶式和潜孔式两种。 露顶式弧门结构特点：门顶露出上游水位以上，没有顶止水，只有侧止水和 底止水，面板曲率半径R一般取门高的1.0～1.5倍。 潜孔式弧门结构特点：有顶止水，顶止水与门楣接触，它与侧止水、底止水 形成封闭的“□”型止水。面板曲率半径可取门高的 1.1～1.2倍。 弧门支铰一般布置在下游侧，其高程要考虑到不受水流和漂浮物冲击的影响。露顶式弧

门如图1所示。 弧形钢闸门的制造 1概述（续1） 弧形闸门组成：主要由门叶、支臂和支铰等三大部分组成。 闸门结构要求：有足够的强度和整体刚度，有良好的工艺性，方便制造、运输、安装、防锈蚀和检修，并尽可能节省钢材。 弧门按主梁布置方式，可分为主横梁式和主纵粱式。 弧门按梁系的连接形式，又分为同层连接（等高连接）和层叠连接（非等高连接）等形式。 目前常选用形式：主横梁同层布置、主纵梁同层布置和主纵梁层叠布置三种。 图1 露顶式弧形闸门 1－门叶；2－支臂；3－支铰；4－启闭钢绳

弧形钢闸门的制造 1概述（续2） 主横梁同层布置的型式见图2所示。

结构特点： ①水平次梁、垂直次梁（大隔板）和主横梁共同组成梁格。梁格的长短边 图2 主横梁同层布置 1－面板；2－水平次梁；3－隔板； 4－主横梁；5－支臂；6－支铰 比例一般为1.5～3.0，且长边与主梁的轴线方向相同。 ②面板支承在梁格上并与梁格焊接成整体。 ③支臂与主横梁用螺栓连接而构成刚性框架。 结构优点：整体刚性好，结构简单，适用于宽高比比较大的孔口。

弧形钢闸门的制造 主纵梁层叠布置 主纵梁层叠布置如图3所示。 构造：水平次梁与垂直次梁组成梁格，面板支承在梁格上且与梁格焊成整体。梁格与两条主纵梁相连，主纵梁再与支臂以螺栓连接而组成主框架。 结构特点：便于分段，安装拼门简便，但梁系的连接高度增大了，且整体刚性不如同层布置好。这种结构形式适用于宽高比比较小的场合。 图3 主纵梁层叠布置 1－面板；2－水平次梁；3－垂直次梁；4－主纵梁；5－支臂；6－支铰

弧形钢闸门的制造 主纵梁同层布置

主纵梁同层布置如图4所示。 构造：两根主纵梁与多根垂直次梁平行且前端（与面板连接端）平齐，并与面板焊成整体。横梁支承在垂直次梁上，其后端与主纵梁齐平。主纵梁与支臂用螺栓连接而成为主框架， 特点：面板直接参与主纵梁的工作，降低了梁格的高度而增加了整体刚度。但纵梁的制造加工要求较高，安装拼门较困难。适用于宽高比比较小的弧门。 主纵梁同层布置 1－面板；2－垂直次梁；3－主纵梁； 4－横梁；5－支臂；6－支铰 弧形钢闸门的制造 主横梁式弧形闸门的支臂与主横梁组成框架型式 主横梁式弧形闸门的支臂与主横梁组成框架型式有(图5)：

I型框架结构、Ⅱ型框架、Ⅲ型框架结构。 I型框架结构 优点：结构简单，且由于主横梁的悬臂部分的负弯矩而减小了跨中的正弯矩，从而用钢较省。 缺点：需要特定的土建支承条件，如露顶式弧门要增设支承闸墩或支承横梁，这就增加了土建工程量。 在潜孔式孔口上则提供了天然的支承条件，因而应用较多。 图5 主横梁式弧门的主框架型式

弧形钢闸门的制造 主横梁式弧形闸门的支臂与主横梁组成框架型式(续1) Ⅱ型框架，斜支臂支承在闸墩的牛褪上。 优点：具有I型框架的优点，又不增设支承结构。 缺点：斜支臂在工作中产生侧向推力，支臂和支铰的几何关系较为复杂，给制造和安装增加了一定的难度。 应用：多用于大跨度弧门。 Ⅲ型框架结构简单，制造安装方便，但由于跨中弯矩较大，因而用钢材较多，只在闸孔空间受到限制时应用。 主横梁式弧形闸门多采用双主梁布置，每侧支臂的肢数与主横梁数相同。双主梁为等荷布置，两根主横梁之间的距离要满足制造、运输和安装的要求。

弧形钢闸门的制造 主横梁式弧形闸门的支臂与主横梁组成框架型式(续2) 支臂与主横梁的连接要求：具有足够的强度、刚度和可靠性。 连接的方法：焊接和螺栓连接两种，见图6。焊接连接由于其不可拆性及其安装定位不方便而一般不再使用。螺栓连接则无上述不足，而且利用抗剪板承受连接部分的横向剪力，使得螺栓只承受弯矩产生的拉力，可大大减小螺栓尺寸且工作安全可靠。 图6 弧门支臂与主横梁连接形式 1－主横梁；2－支臂；3－抗剪板；4－连接螺栓

弧形钢闸门的制造 2弧门制造的准备工作 弧形钢闸门施工准备工作：包括场地、设备及材料的准备；已加工好的零部件要进行复检；弧形切割轨道的制作；放样平台、门叶拼装弧形台及总预组装台的搭设等。

弧形钢闸门的制造 2.1场地布置 孤形闸门制作场地包括：零部件制作场地、门叶拼焊场地和总体预组装场地。 特殊性(与平面钢闸门相比)：它的面板、大隔板、边梁等呈弧形。 场地布置要求： ①零部件的制作场地应安排在车间内。应将钢板、型钢的矫正，放样下料，刨边加工，面板卷弧，零部件的对装、焊接，零部件的矫正等工序布置成流水作业线。 ②车间要有足够大的放大样平台。平台表面要水平且光滑平整，结构上要有足够的强度和刚度。 ③门叶拼装和总体预组装场地可视弧门大小而定，较小的弧门，场地布置在厂内则比较方便，对于大型弧门则一般布置在露天。 ④由于弧形闸门的特殊性，拼焊台要根据曲率半径搭设成弧形的，总体预组装台要考虑门叶、支臂、支铰的组合等。

弧形钢闸门的制造 2.2门叶拼焊弧形台 弧形闸门门叶制造一般采用卧式拼装法，即面板凹面朝上，梁系在其上的拼装方法。使用这种拼装方法，需要搭设弧形拼焊台。 ⑴弧形台的曲率半径问题 问题：弧门制造焊接过程中，不仅存在纵向的和横向的收缩变形，而且还存在沿径向的收缩变形，使孤门在拼装焊接之后，曲率半径发生变化。 解决措施：搭设弧形台考虑这一因素的影响，使制造出来的弧门的曲率半径符合规范的要求。 分析： 弧门在拼装焊接后，其曲率半径都是减小的；减小量ΔR的大小与弧形面板的弧长S及弧门的曲率半径R有关。一般在面板弧长两端沿径向的收缩变形量Δ约为面板弧长的0.4∕1000～0.5∕1000，如图7所示。 图7 门叶焊接径向变形

弧形钢闸门的制造 ⑴弧形台的曲率半径问题(续1) ①弧形台曲率半径计算式 由于弧门焊接变形后的曲率半径小于变形前的曲率半径。为了使焊接后的曲率半径符合设计要求，则放样下料、拼焊台等的曲率半径均要放大，下面是求取放大的曲率半径Rˊ的

计算式(图8)。 图8 放大样曲率半径R/的计算 设：AMAˊ为所设计面板弧长； OA＝R为设计曲率半径；2α为面板弧长所对的圆心角； MN为设计弧的矢高。 将OA铅径向延长Δ得B点，同理得到Bˊ点，用B、M、Bˊ三点共圆法得到另一曲率中心Oˊ点。 设：OˊB= OˊBˊ为放大的曲率半径； BMBˊ为放大的弧长； MP为放大延长的矢高。

弧形钢闸门的制造 ⑴弧形台的曲率半径问题(续2) 因为Δ与设计曲率半径R和设计面板弧长AMAˊ相比也非常小，可以认为AMAˊ≈BMBˊ，并认为A和Aˊ点既在OB（OBˊ）线上，又在OA（OAˊ）线上。则由图中的几何关系可知：

式中 代入上式得：

根据此式，已知设计曲率半径R、圆心角2α及变形尺寸Δ，可求得放大的曲率半径Rˊ。这其中的关键是Δ的选择是否合理，各制造厂可根据自己的经验适当选取，使闸门焊接后的曲率半径符合设计和规范的要求。

弧形钢闸门的制造 ⑴弧形台的曲率半径问题(续3) ②用现场放大样法求曲率半径Rˊ 仍如图8所示，在放样平台上首先定出中心O点，放出设计弧AMAˊ的大样，使AMAˊ等于设计弧长，AAˊ等于设计弦长，2α等于设计圆心角。再沿径向放大Δ分别得到B点和Bˊ点，利用B、M、Bˊ三点共圆法求得Oˊ点，则OˊB即为放大的曲率半径。大样放出后，量取弦长BBˊ＝C，矢高MP＝h，则有：

即 求得了放大的曲率半径Rˊ，则弧形台的曲率半径按Rˊ施工搭设。

22/22/2

/BCNAPMMOPBPOR

coscosRRNPNMPM





cos2sincos222/RRRRR

R

22/2/

2



ChRR

hChR8422/