關(guān)于水工鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一點(diǎn)心得

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本人從事水工鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)多年，先后為一級(jí)~三級(jí)水工建筑物配備各式閘門(mén)。設(shè)計(jì)過(guò)平面鋼閘門(mén)、弧形鋼閘門(mén)、人字門(mén)、橫拉門(mén)、一字門(mén)。鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋砼結(jié)構(gòu)、鋼絲網(wǎng)砼結(jié)構(gòu)(用于舊工程改造)。人字門(mén)單寬24m,弧形門(mén)單扇360平米，等等(再說(shuō)下去有賣(mài)弄之嫌)?，F(xiàn)將本人設(shè)計(jì)閘門(mén)的經(jīng)驗(yàn)作介紹，以期拋磚引玉。
 
今天先作概述
 
一、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初步與規(guī)程
水利水電工程中，金屬結(jié)構(gòu)種類(lèi)很多，這些結(jié)構(gòu)在近代工程中，大多采用鋼鐵材料制造，制作與加工，具有機(jī)械制造的性質(zhì)。如對(duì)精度要求，公差配合等。所以它們也被稱(chēng)作水工鋼結(jié)構(gòu)或水工機(jī)械設(shè)備。
 
金屬結(jié)構(gòu)包括主要五種鋼質(zhì)設(shè)施：閘門(mén)、壓力鋼管、攔污柵、清理機(jī)與啟閉機(jī)。它們是大中型水電站、水閘、泵站、船閘等常有的設(shè)施。關(guān)系工程的安全運(yùn)行與檢修。金屬結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)和考慮這些設(shè)施的總體 布置、選型、制造、安裝等技術(shù)措施時(shí)，必須要與其它專(zhuān)業(yè)密切配合，進(jìn)行全面分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)。
 
1、*******頭等大事：做好專(zhuān)業(yè)配合******
 
金屬結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)必須了解所設(shè)計(jì)工程的任務(wù)、運(yùn)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(jìn)度與安排，特別是對(duì)水工建筑物的布置和施工安排。注意收集以下資料：
 
(1)有關(guān)法規(guī)、規(guī)程、規(guī)范及環(huán)保要求等外界對(duì)工程運(yùn)行的要求或規(guī)定;
(2)水文、氣象資料、泥沙、水質(zhì)、漂浮物情況;
(3)閘門(mén)孔口尺寸和運(yùn)用條件;
(4)有關(guān)閘門(mén)的材料、制造、運(yùn)輸和安裝等方面的條件。
(5)地質(zhì)、地震，所在地段有無(wú)山崩、塌方、設(shè)備運(yùn)輸、維護(hù)運(yùn)行檢修中，對(duì)個(gè)交通有無(wú)中斷。
(6)國(guó)內(nèi)外已建成類(lèi)似結(jié)構(gòu)的資料收集。
(7)航運(yùn)、過(guò)木、過(guò)魚(yú)。
設(shè)計(jì)過(guò)程中必須與有關(guān)方面密切聯(lián)系。注意設(shè)計(jì)資料變化、專(zhuān)業(yè)擬定條件的變化，以便及時(shí)修改和調(diào)整設(shè)計(jì)。
 
2、設(shè)計(jì)手冊(cè)與規(guī)程
 
(1)《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》SL74－95　　　中國(guó)水利水電出版社,閘門(mén)設(shè)計(jì)的BIble。
(2)《水工鋼閘門(mén)》安徽省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院1980　　水利電力出版社出版，
　　這是一本比較老的書(shū)，但閘門(mén)門(mén)型比較全，資料比較詳細(xì)。里面的懸臂輪、側(cè)滑輪定型設(shè)計(jì)尺寸，在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)中特別實(shí)用。另外它介紹了閘門(mén)設(shè)計(jì)的有限元方法，是一本不錯(cuò)的參考書(shū)。
(3)《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》金屬結(jié)構(gòu)一、二　　　1994出版水利電力出版社，這是一本不錯(cuò)的書(shū)。建議　　能擁有一套。
(4)《中小型水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》金屬結(jié)構(gòu)　　　1999年左右出版水利電力出版社基本上是上一本書(shū)的新翻版。只要有前一本書(shū)，這本書(shū)沒(méi)有也行。
(5)灌區(qū)建筑物叢書(shū)《閘門(mén)與啟閉機(jī)》（第二版）水利電力出版社88年前后出版。這是一本設(shè)計(jì)中小型工程比較實(shí)用的工具書(shū)。有許多簡(jiǎn)化計(jì)算。并且有平面鋼閘門(mén)、弧形鋼閘門(mén)的設(shè)計(jì)例題。人字門(mén)也介紹了設(shè)計(jì)步驟。是從事中小型工程設(shè)計(jì)的一本良書(shū)，沒(méi)有多余的敘述。
 
(6)高等學(xué)校教材《水工鋼結(jié)構(gòu)》　　　紅封面的一種。99年出版中國(guó)水利水電出版社。大多數(shù)學(xué)習(xí)水利工程專(zhuān)業(yè)的2000年以后畢業(yè)的弟兄們可能在校時(shí)都用過(guò)。用來(lái)搞水工鋼閘門(mén)的課程設(shè)計(jì)的。這本書(shū)是武漢水利電力大學(xué)范崇仁教授編寫(xiě)的。說(shuō)句實(shí)話(huà)，有點(diǎn)誤人子弟。書(shū)中沒(méi)有什么新內(nèi)容?；臼?980年出版的高等學(xué)校教材<水工鋼結(jié)構(gòu)>武漢水利電力學(xué)院、大連工學(xué)院、華東水利學(xué)院合編一書(shū)(黃色封面)的第六七、八章的內(nèi)容。難怪中國(guó)的學(xué)術(shù)不行，編個(gè)書(shū)都要抄來(lái)抄去。哈哈。
(7)高等學(xué)校教材《水工鋼結(jié)構(gòu)》  水利電力出版社1995年出版。水利教材藍(lán)色封面的一種。基本教材，入門(mén)級(jí)，有平門(mén)設(shè)計(jì)例題。
(8)《升臥門(mén)》河北省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院著水利電力出版社。升臥門(mén)設(shè)計(jì)的一本不錯(cuò)的參考書(shū)。升臥門(mén)主要用于有通航要求的16m以下的船閘，水閘?？纱蟠蠼档团偶艿母叨取６铱拐鹦阅芎?。
 
(9)高等學(xué)校教材《水工金屬結(jié)構(gòu)》東北水利水電專(zhuān)科學(xué)校編1994水利水電出版社。這是一本不錯(cuò)的入門(mén)教材。講解詳細(xì)，每個(gè)公式的來(lái)源都清楚。
(10)《取水輸水建筑物叢書(shū)　閘門(mén)與啟閉設(shè)備》主編陳德亮　　　中國(guó)水利水電出版社，2003年3月出版。是最新出版的關(guān)于閘門(mén)設(shè)計(jì)的書(shū)，由廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院劉細(xì)龍、陳福榮著。寫(xiě)法比較實(shí)用。

第二部分 閘門(mén)總體布置與閘門(mén)選型
  
     今天，講第二部分，都是一些個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)。上面有朋友要傳圖，我想“授之以魚(yú)，不如授之以漁”，本論壇中也有我傳過(guò)的圖和一些小程序，可以去找一找。
      我先把主要講的計(jì)劃內(nèi)容先大致說(shuō)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(wèn)題提出來(lái)，大家共同解決。
    一、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初步與規(guī)程
    二、閘門(mén)總體布置與閘門(mén)選型
    三、水力設(shè)計(jì)與計(jì)算要點(diǎn)
    四、閘門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    五、閘門(mén)零部件設(shè)計(jì)
    六、閘門(mén)制造、安裝
    七、啟閉機(jī)械的選擇
   八、閘門(mén)運(yùn)行管理與維護(hù)要求
   九、除險(xiǎn)加固工程閘門(mén)設(shè)計(jì)
   十、其它
    初搞閘門(mén)的朋友可能看到閘門(mén)圖左一根線(xiàn)條又一條線(xiàn)，看規(guī)范，翻設(shè)計(jì)手冊(cè)，不知如何下手。閘門(mén)設(shè)計(jì)，先從總體布置入手。
    閘門(mén)一詞，從廣義上講包括閘門(mén)與閥門(mén)。閘門(mén)一般由三大部分組成：其一，活動(dòng)部分，既能關(guān)閉孔口，又能開(kāi)放孔口的孔口的堵塞體；稱(chēng)門(mén)葉結(jié)構(gòu)；其二為埋設(shè)部分，系埋固在土建結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件，如支承行走軌道等，將活動(dòng)部分所承受的荷載傳給土建結(jié)構(gòu)；其三為啟閉機(jī)械，系控制活動(dòng)部分位置的操作機(jī)構(gòu)。
    一套良好的水工閘門(mén)，應(yīng)具備以下各項(xiàng)性能： 
    （1）閘門(mén)結(jié)構(gòu)安全可靠能在水工建筑物運(yùn)行要求所規(guī)定的各種工況下正常工作。
    （2）閘門(mén)啟閉操作靈活方便，能及時(shí)開(kāi)放或關(guān)閉過(guò)水孔道。
    （3）止水裝置嚴(yán)密，其漏水量及由此產(chǎn)生的其他現(xiàn)象，均應(yīng)在容許范圍內(nèi)。
   （4）閘門(mén)在各種開(kāi)度下泄水時(shí)，水力性能要好。如泄水能力要大，無(wú)嚴(yán)重空蝕、無(wú)強(qiáng)烈振動(dòng)。
    建筑物（泄水）總體布置對(duì)閘門(mén)運(yùn)行性能影響很大。總體布置不當(dāng)往往給閘門(mén)帶來(lái)許多難以克服、無(wú)法彌補(bǔ)的先天性缺陷，造成各種類(lèi)型的故障或事故。因此設(shè)計(jì)者應(yīng)特別慎重對(duì)待建筑物（泄水）的總體布置。 
 
   注意事項(xiàng)：
 
    一、閘門(mén)孔口尺寸和設(shè)計(jì)水頭選定，應(yīng)符水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范SL74-95(以下簡(jiǎn)稱(chēng)設(shè)計(jì)規(guī)范)附錄A規(guī)定。
    二、閘門(mén)規(guī)范采用容許應(yīng)力方法進(jìn)行，設(shè)計(jì)規(guī)范未明確規(guī)定的計(jì)算方法，可按規(guī)范酌情選擇。如對(duì)某些大型加固閘門(mén)的安全鑒定即采用了有限元法計(jì)算。但一般設(shè)計(jì)來(lái)講，還是按規(guī)范來(lái)要好一些。
    三、閘門(mén)總體布置應(yīng)盡量使閘門(mén)段上下游的水流平順?lè)€(wěn)定，過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉俜植家M量均勻。水流不穩(wěn)產(chǎn)生紊動(dòng)往往給閘門(mén)不平衡的動(dòng)水作用力，以及由此產(chǎn)生負(fù)壓，易引起閘門(mén)晃動(dòng)、振動(dòng)和空蝕，從而導(dǎo)致門(mén)葉或連接部件連接松動(dòng)、材料疲勞、空蝕破壞等事故。
    四、總體布置應(yīng)避免閘孔和頂部同時(shí)過(guò)水，以防出現(xiàn)負(fù)壓，引起空蝕破壞。
    五、總體布置要注意到在閘門(mén)段上游出現(xiàn)大型漩渦，閘門(mén)段下游出現(xiàn)回流、明流交替水流或淹沒(méi)水躍等不利流態(tài)的可能性，并盡量設(shè)法避免。這一點(diǎn)防范見(jiàn)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(nèi)出現(xiàn)壓縮空氣囊的可能性。氣爆產(chǎn)生瞬時(shí)沖擊力，造成閘門(mén)和相鄰建筑物的損壞或破壞。
    七、嚴(yán)寒地區(qū)特別要注意：閘門(mén)不得承受冰的靜壓力，根據(jù)氣溫及庫(kù)水位變化情況，采用相應(yīng)措施，如潛水泵、壓縮空氣、保溫加熱等等。見(jiàn)規(guī)范2.1.7條要求。
    八、要確保啟閉機(jī)關(guān)鍵時(shí)刻要能頂用。要設(shè)置備用動(dòng)力如柴油機(jī)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(shuō)說(shuō)總體布置的步驟