２０１９年３月
水运工程
Ｍａｒ ２０１９
引道结构图
第３期㊀总第５５３期
Ｐｏｒｔ＆ＷａｔｅｒｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
多媒体教学讲台Ｎｏ ３㊀ＳｅｒｉａｌＮｏ
５５３
李树海ꎬ刘成鑫ꎬ刘晓光
(中交水运规划设计院有限公司ꎬ北京１００００７)
摘要：株洲二线船闸人字门为超大型闸门ꎬ控制闸门的变形量是设计的重点和难点ꎬ船闸启闭机集中布置在闸首上部ꎬ需充分考虑吊装及检修方便ꎮ闸门门体结构进行多方案布置ꎬ分别进行结构计算ꎬ研究结构本身抵抗变形的能力ꎬ对闸门的附件进行优化设计ꎮ启闭机布置采用两种方案ꎬ并进行优缺点比选ꎬ重点考虑吊装㊁检修㊁通行㊁美观等因素ꎮ结果表明ꎬ闸门采用多主横梁＋八隔板＋水平次梁的方案刚度最好ꎬ防护系统及人行桥优化设计后更趋合理ꎬ启闭机布置采用空箱＋吊物孔电动盖板方案ꎬ实现了吊装检修和通行方便ꎮ 关键词：闸门结构ꎻ空箱ꎻ吊物孔ꎻ电动盖板中图分类号:Ｕ６４１
提拉下水文献标志码:Ａ
文章编号:１００２￣４９７２(２０１９)０３￣００６７￣０５
ＯｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｇａｔｅａｎｄｈｏｉｓｔｆｏｒＺｈｕｚｈｏｕｓｅｃｏｎｄｓｈｉｐｌｏｃｋ
ＬＩＳｈｕ￣ｈａｉ ＬＩＵＣｈｅｎｇ￣ｘｉｎ ＬＩＵＸｉａｏ￣ｇｕａｎｇ
ＣＣＣＣＷａｔｅｒＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＣｏｎｓｕｌｔａｎｔｓＣｏ. Ｌｔｄ. Ｂｅｉｊｉｎｇ１００００７ Ｃｈｉｎａ
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收稿日期:２０１８￣０９￣２０
作者简介：李树海(１９７８ )ꎬ男ꎬ硕士ꎬ高级工程师ꎬ从事码头装卸工艺㊁通航建筑物金属结构及启闭机设计ꎮ
１㊀工程概况
湘江位于长江中游南岸ꎬ是湖南省境内最大的河流ꎬ株洲二线船闸便坐落在湘江上ꎬ项目位于湖南省株洲县渌口镇南部８ｋｍ处ꎬ该工程是湖南省对接长江经济带的重点建设项目ꎮ二线船闸等级为Ⅱ级ꎬ船闸主尺度为３４ｍˑ２８０ｍˑ４ ５ｍ(口门宽度ˑ有效长度ˑ槛上水深)ꎬ单向最大设计水头１０ ７ｍꎬ船闸工作闸门采用人字门ꎬ启闭机采用液压直推式启闭机ꎮ钢闸门及启闭机是船闸
运行的核心部件ꎬ施工图设计阶段对闸门及启闭机设计进行多方案比选ꎬ重点解决钢闸门的刚度㊁附件优化㊁启闭机吊装维护方便㊁闸首顶部通行及美观等问题ꎮ２㊀人字闸门２ １㊀结构布置
二线船闸人字闸门为超大型闸门ꎬ下闸首人字闸门宽１９ ８２ｍ㊁高１９ ７０ｍꎬ单扇闸门面积
水运工程２０１９年㊀
３９０ｍ２ꎬ接近一个标准篮球场ꎮ提高闸门刚度ꎬ控制其变形是本项目的重点和难点ꎮ２ １ １㊀方案１：主横梁＋五隔板＋竖次梁方案
门体结构由面板㊁主梁㊁隔板㊁竖次梁㊁推力板㊁端板等组成ꎬ闸门水平方向布置多道主横梁ꎬ主梁采用工字截面ꎬ主梁间距参照等荷载原则布置ꎬ共布置有１６根主梁ꎮ闸门竖向布置５道隔板ꎬ隔板与主梁同高ꎬ主梁之间设置竖向次梁ꎬ每个梁格内设置３根竖次梁ꎬ次梁采用Ｔ型截面 １ ꎮ闸门的门轴柱和斜接柱位置ꎬ为便于制造ꎬ采用开敞式结构ꎬ对边柱位置的主梁腹板㊁翼板㊁推力板进行了加厚设计ꎬ在钢板对接位置采用圆角过渡ꎬ以提高闸门的抗扭刚度ꎮ闸门材料采用Ｑ３４５Ｂ低碳合金钢ꎬ结构布置见图
１ꎮ
图１㊀方案１的闸门结构
２ １ ２㊀方案２：主横梁＋五隔板＋水平次梁方案
门体结构布置１６根主梁ꎬ５道隔板ꎬ次梁布置与方案１不同ꎬ采用横向布置水平次梁ꎬ２根主梁之间布置１道水平次梁ꎬ水平次梁采用槽钢ꎬ次梁通长连续ꎬ水平次梁遇隔板开孔穿过 ２ ꎬ共
布置１５根水平次梁ꎬ结构布置见图
２ꎮ
图２㊀方案２的闸门结构
２ １ ３㊀方案３：主横梁＋八隔板＋水平次梁方案
轻触开关电路
门体结构布置１６根主横梁ꎬ１５根水平次梁ꎬ同方案２ꎬ隔板布置在方案２基础上增加３道隔板ꎬ共设置８道隔板ꎬ结构布置见图３ꎮ
分别建立３种结构方案的有限元模型ꎬ计算模型进行了适当简化ꎬ不考虑背拉杆参与受力ꎬ通过调整平均板厚ꎬ使３个方案闸门质量相当ꎮ进行不同工况下的变形计算ꎬ计算数值反映不同闸门结构本身抵抗变形的能力及趋势ꎬ计算结果见表
１ꎮ
８６
㊀第３期李树海ꎬ等:
株洲二线船闸闸门及启闭机优化设计
图３㊀方案３的闸门结构表１㊀闸门结构方案比选
方案
最大变形∕ｍｍ
安装工况启门工况闭门工况
闸门
质量∕ｔ
１１９７ ０６７ ９２６３４００２２０３ ３７０ １２６１４００３５３ ４３０ ２１４５４００㊀㊀经计算ꎬ方案３的变形量最小ꎬ闸门刚度最优ꎬ且增加竖向隔板提高了整个门体刚度ꎬ施工图按方案３进行设计ꎮ根据现场安装调试情况ꎬ闸门刚度良好ꎬ施加背拉杆预应力后ꎬ门轴柱㊁斜接柱正面直线度小于１ ５ｍｍꎬ规范许用值５ｍｍꎬ达到了较好控制闸门扭转变形的效果ꎮ
２ ２㊀附件设计
２ ２ １㊀闸门防护结构
钢闸门背水侧容易受到船舶剐蹭或撞击ꎬ传统设计方案是在闸门后侧设置钢护木ꎬ钢护木能起到一定防护作用ꎬ但是钢护木硬度大ꎬ吸能效果不好ꎮ株洲二线闸门的防护结构采用刚性与柔性相结合的防护结构(图４)ꎬ在闸门的主梁后翼缘侧设置横向刚性护木ꎬ在隔板后翼缘侧设置柔性橡胶护木ꎬ柔性橡胶护木高度高于钢护舷ꎬ能首先吸收船舶碰撞或剐蹭的撞击能ꎬ橡胶护木完全变形后ꎬ才会与钢护木接触ꎮ闸门防护结构的优化ꎬ对确保闸门安全和有效缓解闸门碰撞变形起到积极作用
ꎮ
图４㊀刚性＋柔性护木
２ ２ ２㊀闸门人行桥
闸门顶部设置人行桥ꎬ方便船闸两侧人员通行ꎬ传统方案布置的人行桥要高于闸首顶高程约２００ｍｍꎬ人行桥搭接在闸首上部ꎬ有一定的重合区域ꎬ此方案对人行桥的制造精度要求不高ꎬ但是人员通行时需要上下台阶ꎬ这与注重用户体验的设计理念不一致ꎮ株洲二线船闸人行桥面下降到与闸顶齐平ꎬ通过人行桥的端部圆盘与闸首对接ꎬ人员通行更加方便顺畅ꎬ如图５所示
ꎮ
渣油四组分图５㊀闸门人行桥
３㊀启闭机布置
船闸人字门启闭机采用卧式布置ꎬ船闸阀门启闭机采用立式布置ꎬ本工程启闭机设备布置需满足功能需要㊁检修方便㊁整体美观的要求ꎮ
３ １㊀方案１：启闭设备布置在启闭机房内
启闭机的液压泵站㊁控制柜㊁液压缸㊁固定卷扬机安装在闸首顶部ꎬ闸首顶部设置一座启闭机房 ３ ꎮ闸首顶部的启闭机立面和轴侧图如图６所示ꎮ该方案的优点是设备安装在启闭机房内ꎬ通风和照明环境较好ꎻ不足之处是需要设置单独的
９６
水运工程２０１９年㊀
启闭机房ꎬ闸首顶部布置略显拥挤ꎬ闸顶的通行受启闭机房影响ꎬ整体美观度不好ꎬ设备因布置在机房内部ꎬ设备检修吊运无法采用汽车吊
ꎮ
图６㊀方案１的启闭设备布置
３ ２㊀方案２：启闭设备布置在闸首顶部空箱内
启闭机的液压泵站㊁控制柜㊁液压缸㊁固定卷扬机安装在空箱内ꎬ闸首上部空箱通长布置ꎬ空箱端部设置人员进出门ꎬ在空箱顶部设置检修吊物孔ꎬ并设置盖板ꎮ闸首上部空箱的立面和轴侧图见图７ꎮ该方案的优点是所有启闭设备均下卧安装在闸首空箱内部ꎬ省去布置启闭机房ꎻ闸首顶部通畅ꎬ交通方便ꎬ美观度较好ꎻ机房内的设备均可通过顶部的吊物孔采用汽车吊进行吊装和检修ꎬ比较方便ꎮ不足之处是设备安装位置相对较低ꎬ空箱内的自然照明和通风环境略差ꎬ但是通过采取空箱侧壁增加窗户ꎬ适当改善了空箱内条件ꎬ空箱内设备安装高程也满足５０ａ一遇的防洪要求ꎮ
启闭机布置方案１㊁２的优缺点对比见表２ꎮ考虑船闸顶部的通行及吊运维护方便ꎬ施工图设计采用方案２ꎬ不单独设置启闭机房ꎬ根据现场施工情况ꎬ该布置方案设备吊装㊁检修方便ꎬ闸顶
宽敞ꎬ交通方便ꎬ视觉效果较好ꎮ
表２㊀启闭机布置方案比选
方案优点
卡头缺点
１
设备安装在启闭机房内ꎬ通风和照明环境较好
闸首顶部设置单独的启闭机房ꎬ闸首顶部布置略显拥挤ꎻ闸顶的通行受启闭机房影响ꎬ不美观ꎻ设备检修吊运因布置在机房内部ꎬ略显不便
２
所有设备均下卧安装在闸首空箱内部ꎬ省去单独布置启闭机房ꎻ闸首顶部通畅ꎬ交通方便ꎬ较美观ꎻ机房内的设备均可通过顶部的吊物孔进行吊装和检修ꎬ较方便
设备安装位置相对较低ꎬ空箱内的自然照明和通风环境
略差
图７㊀方案２的启闭设备布置
４㊀吊物孔盖板
闸首顶部设置了３个吊物孔ꎬ方便阀门及启闭设备的吊装及检修ꎬ吊物孔平时采用钢盖板封闭 ４ ꎬ钢盖板设计考虑防雨㊁美观㊁启闭方便等要求ꎮ４ １㊀方案１：平推式钢盖板
钢盖板两侧设置滚轮ꎬ钢板可沿洞口两侧的
钢轨滑行ꎬ需要人力推拉ꎬ见图８ꎮ为防止雨水倒
０７
㊀第３期李树海ꎬ等：株洲二线船闸闸门及启闭机优化设计灌入洞口ꎬ需在洞口四周设置凸出闸顶的挡水沿ꎬ钢盖板位于挡水沿上部ꎮ该方案的不足之处是盖板要突出地面ꎬ且需要在闸顶布置轨道ꎬ美观度较差ꎬ自动化程度不高
ꎮ
图８㊀方案１的平推式钢盖板
４ ２㊀方案２：电动翻转钢盖板
钢盖板设计为２块ꎬ盖板的一边采用铰轴连接ꎬ盖板两侧设置丝杆电力驱动装置ꎬ通过现地控制箱操作ꎬ可以实现盖板的翻转开启和关闭ꎬ见图９ꎮ为了防止雨水倒灌入洞口内ꎬ盖板四周设置不锈钢集水槽及密封条ꎮ盖板顶部与闸首顶齐平ꎬ无突出结构ꎬ美观度较好ꎬ自动化程度高ꎬ盖板开启时向上方旋转９０ʎꎬ平时处于关闭状态
ꎮ
图９㊀方案２的电动翻转钢盖板
经比选ꎬ方案２电动翻转钢盖板自动化程度高ꎬ闸顶无突出物ꎬ通行条件更好ꎬ施工图采用方案２进行设计ꎮ５㊀结论
１)人字门采用多主横梁＋八隔板＋水平次梁的
结构布置方案很好地控制了闸门的扭转变形ꎬ在３４ｍ口门船闸可以进行推广应用ꎮ
２)闸门启闭机布置在闸首上部空箱内ꎬ空箱
顶部设置吊物孔方便检修及吊装ꎬ吊物孔配置翻转电动钢盖板ꎬ充分考虑用户检修操作的方便性ꎬ兼顾了美观及通行需要ꎮ
３)人字闸门防护结构采用刚柔结合方案ꎬ很
好地解决吸能与防护的问题ꎮ人行桥无高差设计ꎬ通行更加方便ꎬ充分体现了重视客户体验的的设计理念ꎮ参考文献:
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与市场 ２０１３ ２０ ６ １１１￣１１３.
(本文编辑㊀王璁)
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