探究平面定輪鋼閘門不同底緣型式對啟閉力的影響
——以北排渠出口排澇站事故閘門為例

◎饒超群 廣州市宏濤水務(wù)勘測設(shè)計有限公司

1.工程背景

北排渠出口排澇站位于廣州市白云區(qū)人和鎮(zhèn)，內(nèi)涌為機場第二高速邊北排渠，外江為東南排渠。泵站型式為潛水軸流濕式泵站，選用3臺900ZQB100D（+3°），單臺電機功率185KW，設(shè)計排澇流量9.00m3/s，主要由交通箱涵段、進水段、清污橋段、進水斜坡段、配電房管理房段、潛水泵房段、出水流道段、出水消力池段組成。其中出水流道段設(shè)置3扇事故閘門，用于拍門發(fā)生故障無法正常關(guān)閉時快速下門，切斷水流。事故閘門為潛孔式閘門，閘孔孔口尺寸為2.85m×2.00m（寬×高），閘門尺寸為3.30m×2.30m（寬×高），底檻高程4.55m。閘門型式采用平面定輪鋼閘門，閘門面板厚度為8mm，門體全部由Q235B鋼焊制，采用多梁格結(jié)構(gòu)布置，主橫梁采用36C工字鋼，邊梁頂梁底梁采用36C槽鋼，橫隔梁采用36a工字鋼，行走支撐、反向支撐采用φ500定滑輪，側(cè)向采用φ150懸臂輪，下游頂止水和側(cè)止水型式為P型止水，下游底止水型式為Ⅰ型止水，采用液壓啟閉機操作。

圖1 事故閘縱剖面圖

顯然，平面定輪鋼閘門在啟閉過程中，其底緣型式會對啟閉力影響顯著，而不當(dāng)?shù)牡拙壴O(shè)計則會使啟閉力極大增加?；诖?，此次研究力求通過計算分析，進行不同底緣型式的對比研究，以獲取事故閘門最佳的底緣型式設(shè)計方案。

2.事故閘門底緣型式及其對啟閉力的影響

本次事故閘門底緣選用三種底緣型式進行對比，見圖2。

圖2 事故閘門底緣型式

2.1 后傾角底緣

采用20＃角鋼、三角肋板與底梁36C槽鋼焊接形成后傾角33°底緣。

2.2 平底式底緣

采用底梁36C槽鋼直接作為底緣，形成平底式底緣。

2.3 前傾角底緣

采用20＃角鋼、三角肋板與底梁36C槽鋼焊接形成前傾角33°底緣。

經(jīng)過啟閉力公式計算，得到三種不同底緣條件下得啟閉力大小，見表1。

表1 不同底緣型式對應(yīng)荷載結(jié)果

3.底緣形式初步探討

綜合分析：（1）后傾角底緣型式，閘門的下吸力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他兩種底緣型式；上托力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他兩種底緣型式；閉門力為負(fù)值，不需要額外加重或外力即可關(guān)閉閘門；閉門力比其他兩種底緣型式略大。（2）平底底緣型式，閘門的下吸力在三者中數(shù)值最??；上托力在三者中數(shù)值最大；閉門力為正值，需要額外加重或外力才能關(guān)閉閘門；閉門力在三者中數(shù)值最大；啟門力在三者中數(shù)值最小。（3）前傾底緣型式，閘門的下吸力在三者中數(shù)值居中；上托力在三者中數(shù)值居中；閉門力為正值，需要額外加重或外力才能關(guān)閉閘門；閉門力在三者中數(shù)值居中；啟門力在三者中數(shù)值居中。

由于防洪事故閘門需要快速啟閉，因此優(yōu)先選擇不靠額外加重或外力即可關(guān)閉閘門的底緣型式。各底緣型式優(yōu)先級由高到低依次為：后傾角底緣、前傾角底緣、平底底緣。

4.結(jié)論

（1）閘門底緣型式的改變對啟閉力影響顯著。后傾角底緣型式能明顯降低閘門下吸力，明顯增大閘門上托力，進而減小閉門力和增大啟門力。從降低閉門力方便關(guān)閉閘門的角度考量，各底緣型式優(yōu)先級由高到低依次為：后傾角底緣、前傾角底緣、平底底緣。

（2）對于無法靠自重關(guān)閉的防洪事故閘門而言，后傾角底緣方案為最優(yōu)。