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摘要：后拉式液压启闭机操作的弧形闸门在结构设计时，启闭力对闸门结构的影响在本行业的教材及相关文献中没有比较详细的介绍，笔者根据多年对后拉式液压启闭机操作的弧形闸门的结构设计，分析总结提出一点自己对后拉式液压启闭机启闭力对弧形闸门主框架的影响及受力分析的一点见解，以讨赖河三道湾水电站泄洪冲沙闸工作弧门为例做详细说明。供同行参考，不足之处欢迎批评指正。
关键词：后拉式液压启闭机；弧形闸门；主框架。
1 概述
讨赖河三道湾水电站位于甘肃省张掖市肃南县境内的讨賴河干流上，是出山口已建冰沟水电站的上一级梯级电站，北距嘉峪关市约28km，对外公路可直通厂房区，枢纽区距嘉峪关市约60km。工程为长压力隧洞引水式电站，隧洞长约14.4km。电站总装机容量90MW(3×30MW),额定水头300m，设计发电引水流量36m3/s，年发电量4.05亿kw·h。电站主要由枢纽，发电引水系统和地下厂房等组成。金属结构分别布置在泄洪冲沙建筑物，发电引水隧洞建筑物，厂房尾水建筑物。其中泄洪冲沙闸选择的形式即为潜孔式直支臂弧形闸门，启闭方式为后拉式液压启闭。
2 泄洪冲沙闸弧形工作门的主要参数
孔口宽度：7m
孔口高度：7m
设计水头：19m
泥沙淤积高度：5m
闸门面板曲率：13m
支铰高度：9m
总水压力：8889kN
启闭机：后拉式液压启闭机（QHLY-2×1500kN-4.5）
3 弧形闸门结构形式的选定
3.1 弧门结构的选择
潜孔式弧形闸门需要较大的闭门力，启闭方式大多选择能提供较大闭门力的摇摆式液压启闭机操作，本弧形工作闸门虽然是潜孔式，但承受水头不高，所需闭门力不大，为了坝面结构简单，减少土建工程量，经计算闸门可以靠自重闭门，故选择后拉式液压启闭机的启闭方式。
3.1.1 纵主梁和横主梁
从经济性考虑，当闸门宽度大于高度时采用横主梁结构，而当高度大于宽度时采用纵主梁结构，但几乎所有金属结构教材和《水利水电工程刚闸门设计规范》（DL/T 5039-95），基本都以横主梁作为设计计算的基础，而纵主梁框架结构少有明确的设计计算公式，另外，横主梁框架结构的弧形闸门分节方便，沿主梁全长可以不用断开，为现场安装也提供了方便，横主梁框架结构在一般情况下，相比较于纵主梁框架结构有着更多优越性。本套闸门孔口为7m×7m，所以选择横主梁框架结构。闸门总体布置见图1。
3.1.2 主框架的内力分析
闸门框架结构采用双主梁等高齐平连接结构，直支臂圆柱铰支承。
闸门由水压力及温度引起的框架内力均参照《水电站机电设计手册 金属结构（一）》中“∏”型框架计算公式进行设计计算，在此不再赘述。手册当中列出了利用卷扬式启闭机
图1闸门整体布置图
操作時钢丝绳对面板的压力传到主框架上的荷载计算公式，利用后拉式启闭机操作的弧形闸门没有详细的受力分析及相关计算公式。选择后拉式液压式启闭机操作的弧形闸门为了使液压启闭机容量最小，行程最短，结构受力合理，液压启闭机与闸门连接吊耳位置大多布置在下主梁与支臂连接点外侧附近，几乎作用在下主梁悬臂段，后拉式启闭方式的启门荷载较弧门卷扬机是比较大的，而且直接作用在闸门结构上，所以不能不考虑其对闸门结构的影响。
图2 启门力分析计算简图 图3 启门力径向分力作用框架计算简图
笔者认为，启门时将1/2启门力分解成径向和切向两个分力（如图2），径向力PT1作用在下主梁悬臂上，切向力PT2产生启门力矩。切向力由吊耳板传递到边梁、主梁、纵梁、面板组成的整体结构，故不必计算其结构强度。径向力作用在主梁悬臂段，对主框架产生的内力见启门力径向分力作用框架计算简图（图3）。计算时，将PT1等效成节点集中荷载PT和节点弯矩MT，利用手册中将悬臂段水压力等效为节点集中荷载和节点弯矩计算时所用公式，即可计算出支铰处的水平推力HT和反力VT。最后将节点弯矩MT与水压力在支座截面产生的弯矩M矢量求和，来验算支座处主梁截面的强度；主梁跨中截面沿用手册中的计算方法；计算出的支铰处的水平推力HT和反力VT与手册中H／和V矢量求和，计算出水压力和启门力共同作用产生的支臂弯矩的矢量和Mh，再利用手册中计算支臂的公式进行支臂截面的强度和稳定验算。
3.2 支铰的选定和止水的形式的选定
支铰作为弧门的关键部件，其通常为：圆柱支铰、圆锥支铰和球型支铰。因圆柱支铰有着结构简单，受力明确，造价低廉，维护简单的特点，所以圆柱支铰在潜孔式弧门使用最广。圆锥支铰其受力方式更适合于表孔斜支臂弧门。球型支铰不仅受力明确，而且具有适当调节闸门制造安装误差的功能，此种形式使弧门支臂与支铰的连接完全符合铰接的假定。随着工业的发展，自润滑球面滑动轴承抗载能力越来越高，造价亦不是太高，所以选择了球型支铰。
对于侧水封和底水封采用常规水封能取得良好的止水效果，而顶止水是弧形闸门之水装置中最易漏水的部件，也是深孔弧门备受关注的零部件。本闸门潜孔弧门中承受水头不是太高，参考已建工程实例应用范例，选择了结构简单，封水效果较好，使用较广的两道P型水封构成的顶水封。
4、结束语
后拉式启闭机操作的弧门在启门时，启门力对主框架的影响是不容忽视的，选择正确合理的荷载分配状态也是非常重要的，设计计算中要引起足够的重视。
参考考文献
[1] 水电站机电设计手册 金属结构 北京：水利电力出版社，1988
[2] DL/T 5039-95，水利水电工程钢闸门设计规范 北京： 中国电力出版社出版，1996
作者简介：张春树，男(1982- )，材料成型及控制工程专业，助理工程师职称,主要从事金属结构设计
关键词：后拉式液压启闭机；弧形闸门；主框架。
1 概述
讨赖河三道湾水电站位于甘肃省张掖市肃南县境内的讨賴河干流上，是出山口已建冰沟水电站的上一级梯级电站，北距嘉峪关市约28km，对外公路可直通厂房区，枢纽区距嘉峪关市约60km。工程为长压力隧洞引水式电站，隧洞长约14.4km。电站总装机容量90MW(3×30MW),额定水头300m，设计发电引水流量36m3/s，年发电量4.05亿kw·h。电站主要由枢纽，发电引水系统和地下厂房等组成。金属结构分别布置在泄洪冲沙建筑物，发电引水隧洞建筑物，厂房尾水建筑物。其中泄洪冲沙闸选择的形式即为潜孔式直支臂弧形闸门，启闭方式为后拉式液压启闭。
2 泄洪冲沙闸弧形工作门的主要参数
孔口宽度：7m
孔口高度：7m
设计水头：19m
泥沙淤积高度：5m
闸门面板曲率：13m
支铰高度：9m
总水压力：8889kN
启闭机：后拉式液压启闭机（QHLY-2×1500kN-4.5）
3 弧形闸门结构形式的选定
3.1 弧门结构的选择
潜孔式弧形闸门需要较大的闭门力，启闭方式大多选择能提供较大闭门力的摇摆式液压启闭机操作，本弧形工作闸门虽然是潜孔式，但承受水头不高，所需闭门力不大，为了坝面结构简单，减少土建工程量，经计算闸门可以靠自重闭门，故选择后拉式液压启闭机的启闭方式。
3.1.1 纵主梁和横主梁
从经济性考虑，当闸门宽度大于高度时采用横主梁结构，而当高度大于宽度时采用纵主梁结构，但几乎所有金属结构教材和《水利水电工程刚闸门设计规范》（DL/T 5039-95），基本都以横主梁作为设计计算的基础，而纵主梁框架结构少有明确的设计计算公式，另外，横主梁框架结构的弧形闸门分节方便，沿主梁全长可以不用断开，为现场安装也提供了方便，横主梁框架结构在一般情况下，相比较于纵主梁框架结构有着更多优越性。本套闸门孔口为7m×7m，所以选择横主梁框架结构。闸门总体布置见图1。
3.1.2 主框架的内力分析
闸门框架结构采用双主梁等高齐平连接结构，直支臂圆柱铰支承。
闸门由水压力及温度引起的框架内力均参照《水电站机电设计手册 金属结构（一）》中“∏”型框架计算公式进行设计计算，在此不再赘述。手册当中列出了利用卷扬式启闭机
图1闸门整体布置图
操作時钢丝绳对面板的压力传到主框架上的荷载计算公式，利用后拉式启闭机操作的弧形闸门没有详细的受力分析及相关计算公式。选择后拉式液压式启闭机操作的弧形闸门为了使液压启闭机容量最小，行程最短，结构受力合理，液压启闭机与闸门连接吊耳位置大多布置在下主梁与支臂连接点外侧附近，几乎作用在下主梁悬臂段，后拉式启闭方式的启门荷载较弧门卷扬机是比较大的，而且直接作用在闸门结构上，所以不能不考虑其对闸门结构的影响。
图2 启门力分析计算简图 图3 启门力径向分力作用框架计算简图
笔者认为，启门时将1/2启门力分解成径向和切向两个分力（如图2），径向力PT1作用在下主梁悬臂上，切向力PT2产生启门力矩。切向力由吊耳板传递到边梁、主梁、纵梁、面板组成的整体结构，故不必计算其结构强度。径向力作用在主梁悬臂段，对主框架产生的内力见启门力径向分力作用框架计算简图（图3）。计算时，将PT1等效成节点集中荷载PT和节点弯矩MT，利用手册中将悬臂段水压力等效为节点集中荷载和节点弯矩计算时所用公式，即可计算出支铰处的水平推力HT和反力VT。最后将节点弯矩MT与水压力在支座截面产生的弯矩M矢量求和，来验算支座处主梁截面的强度；主梁跨中截面沿用手册中的计算方法；计算出的支铰处的水平推力HT和反力VT与手册中H／和V矢量求和，计算出水压力和启门力共同作用产生的支臂弯矩的矢量和Mh，再利用手册中计算支臂的公式进行支臂截面的强度和稳定验算。
3.2 支铰的选定和止水的形式的选定
支铰作为弧门的关键部件，其通常为：圆柱支铰、圆锥支铰和球型支铰。因圆柱支铰有着结构简单，受力明确，造价低廉，维护简单的特点，所以圆柱支铰在潜孔式弧门使用最广。圆锥支铰其受力方式更适合于表孔斜支臂弧门。球型支铰不仅受力明确，而且具有适当调节闸门制造安装误差的功能，此种形式使弧门支臂与支铰的连接完全符合铰接的假定。随着工业的发展，自润滑球面滑动轴承抗载能力越来越高，造价亦不是太高，所以选择了球型支铰。
对于侧水封和底水封采用常规水封能取得良好的止水效果，而顶止水是弧形闸门之水装置中最易漏水的部件，也是深孔弧门备受关注的零部件。本闸门潜孔弧门中承受水头不是太高，参考已建工程实例应用范例，选择了结构简单，封水效果较好，使用较广的两道P型水封构成的顶水封。
4、结束语
后拉式启闭机操作的弧门在启门时，启门力对主框架的影响是不容忽视的，选择正确合理的荷载分配状态也是非常重要的，设计计算中要引起足够的重视。
参考考文献
[1] 水电站机电设计手册 金属结构 北京：水利电力出版社，1988
[2] DL/T 5039-95，水利水电工程钢闸门设计规范 北京： 中国电力出版社出版，1996
作者简介：张春树，男(1982- )，材料成型及控制工程专业，助理工程师职称,主要从事金属结构设计