论文部分内容阅读
摘 要：胜利水库本次除险加固需增加兴利库容，将原翻转闸门的薄壁堰拆除，溢洪道堰顶加高1m后，防洪标准提高到50a一遇设计，500a一遇校核。除险加固后，可增加直接经济效益360万元。有效保护下游近2000hm2耕地、林地和2万口人生命财产不受洪水威胁，对当地农业的发展起到积极的促进作用。
关键词：水库；除险加固；溢洪道；闸门；设计
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）12-0222-01
胜利水库本次除险加固目的是增加兴利库容，溢洪道总长49m，需加高1m。中部现为宽21m的翻转闸门，两侧为薄壁堰准备拆除。中部设8孔平板闸门，两侧各采用2孔净宽为6.2m的实用堰，堰顶高程342.6m，堰高2.5m。
1 水面曲线及溢洪道边墙高度的确定
1.1 计算收缩断面水深
通过试算得收缩断面水深：hc=2.95m。
1.2 计算水面曲线
陡槽段分为3段，第1段长5m，第2段长10m，前两段为扭面，第3段为矩形槽，长19.5m，I均为0.1，以下为挑流反弧段，为计算简便，前两段取平均槽宽。先判断水面曲线的类型，采用分段法计算各段的水力要素。
1.3 掺气高度计算
1.4 确定溢洪道边墙高度
H=h+hB+△，△=0.7m。
2 平板闸门设计
2.1 梁格的布置
本闸门横梁的位置按照承受等分水压力荷载来确定，闸门净宽为B=5.0m，闸门高度H为2.7m，对于露顶式闸门，因B/H=5.0/2.7=1.85，可以采用多横梁式布置，闸门挡水高度为2.5m。
面板的布置按横纵梁之间焊缝距离取a=91cm，各中纵梁采用等间距布置，分为5份，间距b=103cm，下主梁到底梁的距离为25cm。
闸门采用双吊点启闭机，各纵梁截面均采用实腹式。顶底横梁及纵横梁格均采用齐平连接，其面板均为四边固定的弹性薄板。
2.2 平面钢闸门设计
2.2.1 通过对静水压力的计算可知
所需面板厚δ=6mm。因闸门为露顶式闸门，面板可以安放在门体的上游面。
2.2.2 横梁
横梁的计算跨度为5.4m，其跨中最大弯矩
Mmax=1/8qL20 =1/8×14.4×5.42=52.5kN·m
其端面截面最大剪力Qmax按下式计算
Qmax=1/2qL0=1/2×14.4×5.4=38.9kN
采用3号钢材，选择钢板焊成的组合梁作为实腹横梁，本闸门的横梁荷载较大，故梁高应接近h2，经计算取h=540mm。腹板厚度选用10mm，高度hf选用512mm，选定的横梁截面为对称翼缘的等截面工字梁，因面板铺设于上游面，其受压翼缘与面板连接，故不需验算受压翼缘的整体稳定性。
同时，横梁腹板的高厚比符合设计要求不需验算稳定性，也无需设置加劲肋。
2.2.3 纵梁
2.2.3.1 中纵梁
在采用实腹横梁的多横梁式闸门，它的高度可取与横梁的高度相同，翼缘板均为10×120（mm），腹板为10×520mm。
2.2.3.2 边纵梁
边纵梁为双腹板式，用于支持横梁之闸的滚轮，它的截面高度也采用与横梁端部截面的高度相同，其腹板和翼缘板的厚度也与横梁相同。其上下绝缘板均为12×120（mm），左右腹板均为10×540（mm），并在轴孔外的腹板两边各增设加强板10×200×200（mm）。
2.3 滚轮和轨道
本闸门共设4只滚轮，边纵梁承受各横梁端部传来的荷载，它的支承反力就是作用于滚轮的荷载，设Q顶、Q中1、Q中2，Q底为各横梁部传来的荷载，R上和R下为纵梁的上下支承反力，也就是作用于两滚轮的荷载，滚轮的设计荷载取48kN，选取滚轮的直径D=45cm，b=12cm，滚轮轴采用45号钢，按简支轴计算其所需直径d为4.6cm，取5cm。
胶木轴套的承压应力：δcg=6.3（MPa）<[δp]=30MPa
因为滚轮的设计荷载小于100kN，所以轨道截面可按构造布置，采用钢板焊成的T形截面，侧轮直径为150mm，轮缘宽度为50mm，侧轨采用焊成的T形截面。
吊头：吊耳轴采用3号钢，吊耳轴直径按下列公式选用，取较大值，d=12.5cm；吊耳板尺寸23.5MPa<[δk]。
2.4 启闭力的计算
本闸门的门体重量经初算为：G=K支K材K高×H1.43×B0.88=2.95t
它所承受的总水压力为：P=1/2×γHS2×5.3=1/2×10×2.52×5.3=166kN
取胶木轴套与钢轴的滑动摩擦系数f1=0.2，r=d/2，R=D/2，滚轮的滑动摩擦系数f=0.1，则滚轮的摩擦阻力Tzd为4.4kN。
止水橡皮带与钢板的滑动摩擦系数f3=0.65，作用在止水范围内的水压力Pzs取为止水的总长度乘以止水作用的宽度再乘以平均水头，则止水的摩擦阻力为：Tzs=f3×Pzs=0.65×（2.55×2+5.3）×0.035×1.25=0.30t=3.0kN
由于滚轴和止水两项摩擦阻力为0.44+0.30=0.74t，小于门重。可以靠门重关闭闸门，不需另加闭门力。
选择双吊点启闭机，启闭机型号为LQ-2×5，启门力10t，启门高度6m，电动机型号为Y112M-4，功率为4kW，自重0.4t。
3 结语
溢洪道是水利枢纽的主要泄水建筑物，通过对原有溢洪道进行改造，使溢洪道达到正常的设计要求。胜利水库的溢洪道为低堰，根据工程的特点溢洪道采用了凹型复合实用堰。
通过对闸门的承水压力和稳定的安全计算，确保用闸门控制维持水位342.0m不变，若来水量大于闸门全开时的泄量时，闸门全部提起敞开泄水，且两侧溢流堰开始泄洪。既符合理论要求，又安全可靠。對大坝的稳定分析和溢洪道的泄流研究具有非常重要的作用。
参考文献
[1] 田间，李责清，等.无坎宽顶堰堰流流量系数的探讨[J].水利水电科技进展，2003，23（03）：34-35.
[2] 谈松曦.水闸设计[M].北京：水利电力出版社，1986：1-l0.
[3] 张绍芳.堰闸水力设计[M].1版.北京：水利电力出版社，1987.
作者简介：宋景刚（1968-），男，辽宁朝阳人，高级工程师；李淑慧（1970-），女，辽宁朝阳人，高级工程师。
关键词：水库；除险加固；溢洪道；闸门；设计
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）12-0222-01
胜利水库本次除险加固目的是增加兴利库容，溢洪道总长49m，需加高1m。中部现为宽21m的翻转闸门，两侧为薄壁堰准备拆除。中部设8孔平板闸门，两侧各采用2孔净宽为6.2m的实用堰，堰顶高程342.6m，堰高2.5m。
1 水面曲线及溢洪道边墙高度的确定
1.1 计算收缩断面水深
通过试算得收缩断面水深：hc=2.95m。
1.2 计算水面曲线
陡槽段分为3段，第1段长5m，第2段长10m，前两段为扭面，第3段为矩形槽，长19.5m，I均为0.1，以下为挑流反弧段，为计算简便，前两段取平均槽宽。先判断水面曲线的类型，采用分段法计算各段的水力要素。
1.3 掺气高度计算
1.4 确定溢洪道边墙高度
H=h+hB+△，△=0.7m。
2 平板闸门设计
2.1 梁格的布置
本闸门横梁的位置按照承受等分水压力荷载来确定，闸门净宽为B=5.0m，闸门高度H为2.7m，对于露顶式闸门，因B/H=5.0/2.7=1.85，可以采用多横梁式布置，闸门挡水高度为2.5m。
面板的布置按横纵梁之间焊缝距离取a=91cm，各中纵梁采用等间距布置，分为5份，间距b=103cm，下主梁到底梁的距离为25cm。
闸门采用双吊点启闭机，各纵梁截面均采用实腹式。顶底横梁及纵横梁格均采用齐平连接，其面板均为四边固定的弹性薄板。
2.2 平面钢闸门设计
2.2.1 通过对静水压力的计算可知
所需面板厚δ=6mm。因闸门为露顶式闸门，面板可以安放在门体的上游面。
2.2.2 横梁
横梁的计算跨度为5.4m，其跨中最大弯矩
Mmax=1/8qL20 =1/8×14.4×5.42=52.5kN·m
其端面截面最大剪力Qmax按下式计算
Qmax=1/2qL0=1/2×14.4×5.4=38.9kN
采用3号钢材，选择钢板焊成的组合梁作为实腹横梁，本闸门的横梁荷载较大，故梁高应接近h2，经计算取h=540mm。腹板厚度选用10mm，高度hf选用512mm，选定的横梁截面为对称翼缘的等截面工字梁，因面板铺设于上游面，其受压翼缘与面板连接，故不需验算受压翼缘的整体稳定性。
同时，横梁腹板的高厚比符合设计要求不需验算稳定性，也无需设置加劲肋。
2.2.3 纵梁
2.2.3.1 中纵梁
在采用实腹横梁的多横梁式闸门，它的高度可取与横梁的高度相同，翼缘板均为10×120（mm），腹板为10×520mm。
2.2.3.2 边纵梁
边纵梁为双腹板式，用于支持横梁之闸的滚轮，它的截面高度也采用与横梁端部截面的高度相同，其腹板和翼缘板的厚度也与横梁相同。其上下绝缘板均为12×120（mm），左右腹板均为10×540（mm），并在轴孔外的腹板两边各增设加强板10×200×200（mm）。
2.3 滚轮和轨道
本闸门共设4只滚轮，边纵梁承受各横梁端部传来的荷载，它的支承反力就是作用于滚轮的荷载，设Q顶、Q中1、Q中2，Q底为各横梁部传来的荷载，R上和R下为纵梁的上下支承反力，也就是作用于两滚轮的荷载，滚轮的设计荷载取48kN，选取滚轮的直径D=45cm，b=12cm，滚轮轴采用45号钢，按简支轴计算其所需直径d为4.6cm，取5cm。
胶木轴套的承压应力：δcg=6.3（MPa）<[δp]=30MPa
因为滚轮的设计荷载小于100kN，所以轨道截面可按构造布置，采用钢板焊成的T形截面，侧轮直径为150mm，轮缘宽度为50mm，侧轨采用焊成的T形截面。
吊头：吊耳轴采用3号钢，吊耳轴直径按下列公式选用，取较大值，d=12.5cm；吊耳板尺寸23.5MPa<[δk]。
2.4 启闭力的计算
本闸门的门体重量经初算为：G=K支K材K高×H1.43×B0.88=2.95t
它所承受的总水压力为：P=1/2×γHS2×5.3=1/2×10×2.52×5.3=166kN
取胶木轴套与钢轴的滑动摩擦系数f1=0.2，r=d/2，R=D/2，滚轮的滑动摩擦系数f=0.1，则滚轮的摩擦阻力Tzd为4.4kN。
止水橡皮带与钢板的滑动摩擦系数f3=0.65，作用在止水范围内的水压力Pzs取为止水的总长度乘以止水作用的宽度再乘以平均水头，则止水的摩擦阻力为：Tzs=f3×Pzs=0.65×（2.55×2+5.3）×0.035×1.25=0.30t=3.0kN
由于滚轴和止水两项摩擦阻力为0.44+0.30=0.74t，小于门重。可以靠门重关闭闸门，不需另加闭门力。
选择双吊点启闭机，启闭机型号为LQ-2×5，启门力10t，启门高度6m，电动机型号为Y112M-4，功率为4kW，自重0.4t。
3 结语
溢洪道是水利枢纽的主要泄水建筑物，通过对原有溢洪道进行改造，使溢洪道达到正常的设计要求。胜利水库的溢洪道为低堰，根据工程的特点溢洪道采用了凹型复合实用堰。
通过对闸门的承水压力和稳定的安全计算，确保用闸门控制维持水位342.0m不变，若来水量大于闸门全开时的泄量时，闸门全部提起敞开泄水，且两侧溢流堰开始泄洪。既符合理论要求，又安全可靠。對大坝的稳定分析和溢洪道的泄流研究具有非常重要的作用。
参考文献
[1] 田间，李责清，等.无坎宽顶堰堰流流量系数的探讨[J].水利水电科技进展，2003，23（03）：34-35.
[2] 谈松曦.水闸设计[M].北京：水利电力出版社，1986：1-l0.
[3] 张绍芳.堰闸水力设计[M].1版.北京：水利电力出版社，1987.
作者简介：宋景刚（1968-），男，辽宁朝阳人，高级工程师；李淑慧（1970-），女，辽宁朝阳人，高级工程师。