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。

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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

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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。

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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

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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

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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

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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。

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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

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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。

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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。

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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