關于水工鋼結構設計的一點心得

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本人從事水工鋼閘門設計多年，先后為一級~三級水工建筑物配備各式閘門。設計過平面鋼閘門、弧形鋼閘門、人字門、橫拉門、一字門。鋼結構、鋼筋砼結構、鋼絲網砼結構(用于舊工程改造)。人字門單寬24m,弧形門單扇360平米，等等(再說下去有賣弄之嫌)?，F(xiàn)將本人設計閘門的經驗作介紹，以期拋磚引玉。
 
今天先作概述
 
一、金屬結構設計的初步與規(guī)程
水利水電工程中，金屬結構種類很多，這些結構在近代工程中，大多采用鋼鐵材料制造，制作與加工，具有機械制造的性質。如對精度要求，公差配合等。所以它們也被稱作水工鋼結構或水工機械設備。
 
金屬結構包括主要五種鋼質設施：閘門、壓力鋼管、攔污柵、清理機與啟閉機。它們是大中型水電站、水閘、泵站、船閘等常有的設施。關系工程的安全運行與檢修。金屬結構專業(yè)設計和考慮這些設施的總體 布置、選型、制造、安裝等技術措施時，必須要與其它專業(yè)密切配合，進行全面分析、優(yōu)化設計。
 
1、*******頭等大事：做好專業(yè)配合******
 
金屬結構專業(yè)必須了解所設計工程的任務、運用條件與要求，水位控制精度要求、棄水和漏水的影響，工程總體布置、施工進度與安排，特別是對水工建筑物的布置和施工安排。注意收集以下資料：
 
(1)有關法規(guī)、規(guī)程、規(guī)范及環(huán)保要求等外界對工程運行的要求或規(guī)定;
(2)水文、氣象資料、泥沙、水質、漂浮物情況;
(3)閘門孔口尺寸和運用條件;
(4)有關閘門的材料、制造、運輸和安裝等方面的條件。
(5)地質、地震，所在地段有無山崩、塌方、設備運輸、維護運行檢修中，對個交通有無中斷。
(6)國內外已建成類似結構的資料收集。
(7)航運、過木、過魚。
設計過程中必須與有關方面密切聯(lián)系。注意設計資料變化、專業(yè)擬定條件的變化，以便及時修改和調整設計。
 
2、設計手冊與規(guī)程
 
(1)《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》SL74－95　　　中國水利水電出版社,閘門設計的BIble。
(2)《水工鋼閘門》安徽省水利勘測設計院1980　　水利電力出版社出版，
　　這是一本比較老的書，但閘門門型比較全，資料比較詳細。里面的懸臂輪、側滑輪定型設計尺寸，在進行初步設計中特別實用。另外它介紹了閘門設計的有限元方法，是一本不錯的參考書。
(3)《水電站機電設計手冊》金屬結構一、二　　　1994出版水利電力出版社，這是一本不錯的書。建議　　能擁有一套。
(4)《中小型水電站機電設計手冊》金屬結構　　　1999年左右出版水利電力出版社基本上是上一本書的新翻版。只要有前一本書，這本書沒有也行。
(5)灌區(qū)建筑物叢書《閘門與啟閉機》（第二版）水利電力出版社88年前后出版。這是一本設計中小型工程比較實用的工具書。有許多簡化計算。并且有平面鋼閘門、弧形鋼閘門的設計例題。人字門也介紹了設計步驟。是從事中小型工程設計的一本良書，沒有多余的敘述。
 
(6)高等學校教材《水工鋼結構》　　　紅封面的一種。99年出版中國水利水電出版社。大多數(shù)學習水利工程專業(yè)的2000年以后畢業(yè)的弟兄們可能在校時都用過。用來搞水工鋼閘門的課程設計的。這本書是武漢水利電力大學范崇仁教授編寫的。說句實話，有點誤人子弟。書中沒有什么新內容。基本是1980年出版的高等學校教材<水工鋼結構>武漢水利電力學院、大連工學院、華東水利學院合編一書(黃色封面)的第六七、八章的內容。難怪中國的學術不行，編個書都要抄來抄去。哈哈。
(7)高等學校教材《水工鋼結構》  水利電力出版社1995年出版。水利教材藍色封面的一種。基本教材，入門級，有平門設計例題。
(8)《升臥門》河北省水利勘測設計院著水利電力出版社。升臥門設計的一本不錯的參考書。升臥門主要用于有通航要求的16m以下的船閘，水閘。可大大降低排架的高度。而且抗震性能好。
 
(9)高等學校教材《水工金屬結構》東北水利水電?？茖W校編1994水利水電出版社。這是一本不錯的入門教材。講解詳細，每個公式的來源都清楚。
(10)《取水輸水建筑物叢書　閘門與啟閉設備》主編陳德亮　　　中國水利水電出版社，2003年3月出版。是最新出版的關于閘門設計的書，由廣東省水利電力勘測設計研究院劉細龍、陳福榮著。寫法比較實用。

第二部分 閘門總體布置與閘門選型
  
     今天，講第二部分，都是一些個人的經驗體會。上面有朋友要傳圖，我想“授之以魚，不如授之以漁”，本論壇中也有我傳過的圖和一些小程序，可以去找一找。
      我先把主要講的計劃內容先大致說一下：主要是拋磚引玉，能有更多的朋友參與討論；也歡迎將工作中遇到的問題提出來，大家共同解決。
    一、金屬結構設計的初步與規(guī)程
    二、閘門總體布置與閘門選型
    三、水力設計與計算要點
    四、閘門結構設計
    五、閘門零部件設計
    六、閘門制造、安裝
    七、啟閉機械的選擇
   八、閘門運行管理與維護要求
   九、除險加固工程閘門設計
   十、其它
    初搞閘門的朋友可能看到閘門圖左一根線條又一條線，看規(guī)范，翻設計手冊，不知如何下手。閘門設計，先從總體布置入手。
    閘門一詞，從廣義上講包括閘門與閥門。閘門一般由三大部分組成：其一，活動部分，既能關閉孔口，又能開放孔口的孔口的堵塞體；稱門葉結構；其二為埋設部分，系埋固在土建結構中的構件，如支承行走軌道等，將活動部分所承受的荷載傳給土建結構；其三為啟閉機械，系控制活動部分位置的操作機構。
    一套良好的水工閘門，應具備以下各項性能： 
    （1）閘門結構安全可靠能在水工建筑物運行要求所規(guī)定的各種工況下正常工作。
    （2）閘門啟閉操作靈活方便，能及時開放或關閉過水孔道。
    （3）止水裝置嚴密，其漏水量及由此產生的其他現(xiàn)象，均應在容許范圍內。
   （4）閘門在各種開度下泄水時，水力性能要好。如泄水能力要大，無嚴重空蝕、無強烈振動。
    建筑物（泄水）總體布置對閘門運行性能影響很大?？傮w布置不當往往給閘門帶來許多難以克服、無法彌補的先天性缺陷，造成各種類型的故障或事故。因此設計者應特別慎重對待建筑物（泄水）的總體布置。 
 
   注意事項：
 
    一、閘門孔口尺寸和設計水頭選定，應符水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范SL74-95(以下簡稱設計規(guī)范)附錄A規(guī)定。
    二、閘門規(guī)范采用容許應力方法進行，設計規(guī)范未明確規(guī)定的計算方法，可按規(guī)范酌情選擇。如對某些大型加固閘門的安全鑒定即采用了有限元法計算。但一般設計來講，還是按規(guī)范來要好一些。
    三、閘門總體布置應盡量使閘門段上下游的水流平順穩(wěn)定，過水斷面的流速分布要盡量均勻。水流不穩(wěn)產生紊動往往給閘門不平衡的動水作用力，以及由此產生負壓，易引起閘門晃動、振動和空蝕，從而導致門葉或連接部件連接松動、材料疲勞、空蝕破壞等事故。
    四、總體布置應避免閘孔和頂部同時過水，以防出現(xiàn)負壓，引起空蝕破壞。
    五、總體布置要注意到在閘門段上游出現(xiàn)大型漩渦，閘門段下游出現(xiàn)回流、明流交替水流或淹沒水躍等不利流態(tài)的可能性，并盡量設法避免。這一點防范見規(guī)范2.1.8、2.1.9條規(guī)定。
    六、總體布置要盡量防止在泄水道內出現(xiàn)壓縮空氣囊的可能性。氣爆產生瞬時沖擊力，造成閘門和相鄰建筑物的損壞或破壞。
    七、嚴寒地區(qū)特別要注意：閘門不得承受冰的靜壓力，根據(jù)氣溫及庫水位變化情況，采用相應措施，如潛水泵、壓縮空氣、保溫加熱等等。見規(guī)范2.1.7條要求。
    八、要確保啟閉機關鍵時刻要能頂用。要設置備用動力如柴油機等，特別在沿海擋潮閘、水閘是確保工程安全的重要措施。
    下次就一些具體的工程說說總體布置的步驟