《金属结构制造与安装》第六章 弧形钢闸门的制造.ppt

6 弧形钢闸门的制造目目 录录6 弧形钢闸门的制造6.1概述 6.2弧门制造的准备工作6.3弧门主要零部件的制造 6.4门叶的拼装与焊接 6.5弧形闸门支臂的制造6.5弧形闸门厂内总体预组装6 弧形钢闸门的制造6.1概述弧形闸门是水利水电工程中广泛应用的门型之一常用于水工建筑物上作为工作闸门优点：结构简单、所需闸墩的高度和厚度较小、没有影响水流流态的门槽、启闭力小、操作方便、埋件少等缺点：所需闸墩较长、无互换性、不能提出孔口以上进行检修、总水压力集中于支座处、对土建结构不利等弧形闸门形式：露顶式和潜孔式两种露顶式弧门结构特点：门顶露出上游水位以上，没有顶止水，只有侧止水和底止水，面板曲率半径R一般取门高的1.0～1.5倍潜孔式弧门结构特点：有顶止水，顶止水与门楣接触，它与侧止水、底止水形成封闭的“□”型止水面板曲率半径可取门高的1.1～1.2倍弧门支铰一般布置在下游侧，其高程要考虑到不受水流和漂浮物冲击的影响露顶式弧门如图6-1所示6 弧形钢闸门的制造6.1概述（续1）弧形闸门组成：主要由门叶、支臂和支铰等三大部分组成闸门结构要求：有足够的强度和整体刚度，有良好的工艺性，方便制造、运输、安装、防锈蚀和检修，并尽可能节省钢材。

弧门按主梁布置方式，可分为主横梁式和主纵粱式 弧门按梁系的连接形式，又分为同层连接（等高连接）和层叠连 接（非等高连接）等形式目前常选用形式：主横梁同层布置、主纵梁同层布置和主纵梁层 叠布置三种图6-1 露顶式弧形闸门1－门叶；2－支臂；3－支铰；4－启闭钢绳6 弧形钢闸门的制造6.1概述（续2）主横梁同层布置的型式见图6-2所示结构特点：①水平次梁、垂直次梁（大隔板）和主横梁共同组成梁格梁格的长短边图6-2 主横梁同层布置 1－面板；2－水平次梁；3－隔板； 4－主横梁；5－支臂；6－支铰比例一般为1.5～3.0，且长边与主梁的 轴线方向相同②面板支承在梁格上并与梁格焊接成整体③支臂与主横梁用螺栓连接而构成刚性框架结构优点：整体刚性好，结构简单，适用于宽高比比较大的孔口6 弧形钢闸门的制造主纵梁层叠布置主纵梁层叠布置如图6-3所示构造：水平次梁与垂直次梁组成梁格，面板支承在梁格上且与梁格焊成整体梁格与两条主纵梁相连，主纵梁再与支臂以螺栓连接而组成主框架结构特点：便于分段，安装拼门简便，但梁系的连接高度增大了，且整体刚性不如同层布置好这种结构形式适用于宽高比比较小的场合图6-3 主纵梁层叠布置 1－面板；2－水平次梁；3－垂直次梁；4－主纵梁；5－支臂；6－支铰6 弧形钢闸门的制造主纵梁同层布置主纵梁同层布置如图6-4所示。

构造：两根主纵梁与多根垂直次梁平行且前端（与面板连接端）平齐，并与面板焊成整体横梁支承在垂直次梁上，其后端与主纵梁齐平主纵梁与支臂用 螺栓连接而成为主框架，特点：面板直接参与主纵梁的工作，降低了梁格的高度而增加了整体刚度但纵梁的制造加工要求较高，安装拼门较困难适用于宽高比比较小的弧门图6-4 主纵梁同层布置 1－面板；2－垂直次梁；3－主纵梁； 4－横梁；5－支臂；6－支铰6 弧形钢闸门的制造主横梁式弧形闸门的支臂与主横梁组成框架型式主横梁式弧形闸门的支臂与主横梁组成框架型式有(图6-5)：I型框架结构、Ⅱ型框架、Ⅲ型框架结构I型框架结构优点：结构简单，且由于主横梁的悬臂部分的负弯矩而减小了跨中的正弯矩，从而用钢较省缺点：需要特定的土建支承条件，如露顶式弧门要增设支承闸墩或支承横梁，这就增加了土建工程量在潜孔式孔口上则提供了天然的支承条件，因而应用较多 图6-5 主横梁式弧门的主框架型式6 弧形钢闸门的制造主横梁式弧形闸门的支臂与主横梁组成框架型式(续1)Ⅱ型框架，斜支臂支承在闸墩的牛褪上优点：具有I型框架的优点，又不增设支承结构缺点：斜支臂在工作中产生侧向推力，支臂和支铰的几何关系较为复杂，给制造和安装增加了一定的难度。

应用：多用于大跨度弧门 Ⅲ型框架结构简单，制造安装方便，但由于跨中弯矩较大，因而用钢材较多，只在闸孔空间受到限制时应用主横梁式弧形闸门多采用双主梁布置，每侧支臂的肢数与主横梁数相同双主梁为等荷布置，两根主横梁之间的距离要满足制造、运输和安装的要求6 弧形钢闸门的制造主横梁式弧形闸门的支臂与主横梁组成框架型式(续2)支臂与主横梁的连接要求：具有足够的强度、刚度和可靠性连接的方法：焊接和螺栓连接两种，见图6-6焊接连接由于其不可拆性及其安装定位不方便而一般不再使用螺栓连接则无上述不足，而且利用抗剪板承 受连接部分的横向剪力，使得螺栓只承受弯矩产生的拉力，可大大减小螺栓尺寸 且工作安全可靠图6-6 弧门支臂与主横梁连接形式 1－主横梁；2－支臂；3－抗剪板；4－连接螺栓6 弧形钢闸门的制造6.2弧门制造的准备工作弧形钢闸门施工准备工作：包括场地、设备及材料的准备；已加工好的零部 件要进行复检；弧形切割轨道的制作；放样平台、门叶拼装弧形台及总预组装台 的搭设等6 弧形钢闸门的制造6.2.1场地布置孤形闸门制作场地包括：零部件制作场地、门叶拼焊场地和总体预组装场地 特殊性(与平面钢闸门相比)：它的面板、大隔板、边梁等呈弧形。

场地布置要求：①零部件的制作场地应安排在车间内应将钢板、型钢的矫正，放样下料，刨边加工，面板卷弧，零部件的对装、焊接，零部件的矫正等工序布置成流水作 业线②车间要有足够大的放大样平台平台表面要水平且光滑平整，结构上要有足够的强度和刚度③门叶拼装和总体预组装场地可视弧门大小而定，较小的弧门，场地布置在厂内则比较方便，对于大型弧门则一般布置在露天④由于弧形闸门的特殊性，拼焊台要根据曲率半径搭设成弧形的，总体预组装台要考虑门叶、支臂、支铰的组合等6 弧形钢闸门的制造6.2.2门叶拼焊弧形台 (14讲)弧形闸门门叶制造一般采用卧式拼装法，即面板凹面朝上，梁系在其上的拼装方法使用这种拼装方法，需要搭设弧形拼焊台⑴弧形台的曲率半径问题问题：弧门制造焊接过程中，不仅存在纵向的和横向的收缩变形，而且还存在沿径向的收缩变形，使孤门在拼装焊接之后，曲率半径发生变化解决措施：搭设弧形台考虑这一因素的影响，使制造出来的弧门的曲率半径 符合规范的要求 分析：弧门在拼装焊接后，其曲率半径都是减小的；减小量ΔR的大小与弧形面板的弧长S及弧门的曲率 半径R有关一般在面板弧长两端沿径向的收缩变形 量Δ约为面板弧长的0.4∕1000～0.5∕1000，如图6 -7所示。

图6-7 门叶焊接径向变形6 弧形钢闸门的制造⑴弧形台的曲率半径问题(续1)①弧形台曲率半径计算式由于弧门焊接变形后的曲率半径小于变形前的曲率半径为了使焊接后的曲率半径符合设计要求，则放样下料、拼焊台等的曲率半径均要放大，下面是求取 放大的曲率半径Rˊ的计算式(图6-8)图6-8 放大样曲率半径R/的计算设：AMAˊ为所设计面板弧长；OA＝R为设计曲率半径；2α为面板弧长所 对的圆心角；MN为设计弧的矢高将OA铅径向延长Δ得B点，同理得到Bˊ点，用B、M、Bˊ三点共圆法得到另一曲率中心Oˊ点 设：OˊB= OˊBˊ为放大的曲率半径；BMBˊ为放大的弧长；MP为放大延长的矢高 6 弧形钢闸门的制造⑴弧形台的曲率半径问题(续2)因为Δ与设计曲率半径R和设计面板弧长AMAˊ相比也非常小，可以认为AMAˊ≈BMBˊ，并认为A和Aˊ点既在OB（OBˊ）线上，又在OA（OAˊ）线上则 由图中的几何关系可知：式中代入上式得：(6-1)根据此式，已知设计曲率半径R、圆心角2α及变形尺寸Δ，可求得放大的曲率半径Rˊ这其中的关键是Δ的选择是否合理，各制造厂可根据自己的经验适 当选取，使闸门焊接后的曲率半径符合设计和规范的要求。

6 弧形钢闸门的制造⑴弧形台的曲率半径问题(续3)②用现场放大样法求曲率半径Rˊ仍如图6-8所示，在放样平台上首先定出中心O点，放出设计弧AMAˊ的大样，使AMAˊ等于设计弧长，AAˊ等于设计弦长，2α等于设计圆心角再沿径向放 大Δ分别得到B点和Bˊ点，利用B、M、Bˊ三点共圆法求得Oˊ点，则OˊB即为放 大的曲率半径大样放出后，量取弦长BBˊ＝C，矢高MP＝h，则有：即(6-2)求得了放大的曲率半径Rˊ，则弧形台的曲 率半径按Rˊ施工搭设6 弧形钢闸门的制造⑵弧形台的结构形式弧弧形台的结构形式(根据曲率半径是否可调)：可调弧形台和固定式弧形台钢结构式固定弧形台构造(图6-9)：基础部分浇混凝土，表面预埋基础钢板( 带锚筋)钢板上焊有型钢制作的立柱，立柱之间加焊纵横向连接角钢在等高 立柱顶水平焊接轨道钢（或型钢），在水平轨道钢上焊卷成弧形的角钢(或工字 钢)弧形角钢按放大曲率半径Rˊ卷弧，安装调整焊接时，根据半径Rˊ用坐标 法控制其弧度，用水准仪进行测控弧形角钢的间距按面板下料宽度而定，考虑 每条面板有两条角钢支撑，角钢要错开面板纵缝，以方便其焊接优点：弧形台的稳定性和刚性均较好，面板下的空间大、方便施工。

缺点：耗钢材较多，且曲率半径不可调整适用情况：适用于同一种型号弧门的批量生产图6-9 钢立柱固定式弧形台6 弧形钢闸门的制造⑵弧形台的结构形式(续)可调式弧形台构造：与固定式弧形台的基本结构相同，只是在立柱顶固定简易的螺旋千斤顶，千斤顶上支承台架利用千斤顶即可按要求改变弧形台的半径 Rˊ优点：弧形台机动灵活，调整方便，多种不同弧度的闸门可以共用一个弧形台适用情况：专业厂制造不同型号弧门6 弧形钢闸门的制造6.2.3总体预组装平台总体预组装的目的：①检查各制造单元的质量是否合格对于不合格者，要在厂内处理好②按整体组装的质量要求进行调整、修正，以保证闸门组合整体质量合格 ③给现场安装提供有关技术数据以及现场再组装的控制点、控制线和定位扳等整体组装的方法(两种)：①门叶卧式组装法此种方法门叶凹面朝上平卧拼焊弧形台上，调整好几何尺寸、接缝、扭曲等，进行临时性加固，以保证整体刚度，避免组装其他部件时 变形之后，立式组装支臂、支铰等优点：门叶平卧，总体重心低，调整方便，不需另外搭设整体组装平台 缺点：高空作业，需要搭高的排架，支臂支铰调整困难，特别两支铰的同心度要求较高，在空中调整特别困难。

适用情况：一般都不采用这种方法6 弧形钢闸门的制造6.2.3总体预组装平台(续1)②门叶立式组装法(图6-10)这种方法支臂的下肢水平放置，门叶立起优点：支臂和支铰的位置低，调整方便，空中作业少缺点：由于门叶立起重心高，安全特别重要适用情况：一般均采用这种方法图6-10 门叶立式组装法 1－上节门叶；2－下节门叶；3－支臂；4－支铰；5－支墩6 弧形钢闸门的制造6.2.3总体预组装平台(续2)立式组装法要求另外搭设专用组装平台如图6-11所示，在地面放出组装平台的x－x和y－y线，根据支铰的设计跨距L＝L1＋L2，定出支铰支墩的位置，每 条支臂布置2～3个支墩，再根据支铰中心高程、门叶水平垫板高程及面板曲率半 径尺寸定出面板底缘定位线y1－y1，如图6-12所示图6-11 整体组装控制线及高程点 图6-12 垫板与支铰中心高程 1－支墩；2－支臂中心线；3－弧门中心线；4－支铰中心线；5－面板外缘与底坎交线；6－高程点 6 弧形钢闸门的制造6.2.3总体预组装平台(续3)支墩用混凝土结构（或钢结构），顶面预埋钢板，以便支臂调整固定之用。

支墩顶面高程，由支臂下肢水平放置并留一定的调整余量（约为50mm左右）决定 门叶底缘的水平垫板相当于弧门工作中的底坎，有一定强度和水平度的要求， 可用较厚的钢板经刨削加工，先安装找正找平并加固，后浇混凝土的办法埋设在弧形闸门的制造安装中，有时制造和安装是同一个单位的同一批人员，为了加快工期，节省投资，不进行厂内整体预组装，将各节门叶、支臂、支铰等直 接运到现场安装制作中存在的问题，在现场安。