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弧形闸门支座反力计算
图a表示某混凝土坝泄流孔的弧形闸门，有对称的两个支架和铰链支座。
已知闸门重G=113t，静水总压力P=1540t，其作用线通过闸门的转动轴(即两铰链支座中心的连线)，铰链支座的支撑面与水压力P 垂直。
试求图b所示的一个支架的支座反力和（垂直于支撑面，平行支撑面）。
解：作用在一个闸门支架上的荷载为及，闸门与底面可看成是
光滑表面接触，因此反力应竖直向上，图4—9。
取A点为矩心，列力矩方程
由
得
取x、y轴方向如图4—9b，列投影方程
由
得
由
得
反力和的方向如图（b）所示。
钢闸门自重(G)计算公式一、 露顶式平面闸门当5m ≤H ≤8m 时KN B H K K K G g c Z 8.988.043.1⨯= 式中 H 、B ----- 分别为孔口高度(m)及宽度(m); K z ----- 闸门行走支承系数;对滑动式支承K z = 0.81;对于滚轮式支承K z = 1.0;对于台车式支承K z = 1.3;K c ----- 材料系数:闸门用普通碳素钢时取1.0;用低合金钢时取0.8;K g ----- 孔口高度系数:当H<5m 时取0.156;当5m<H<8m 时取0.13;当H>8m 时,闸门自重按下列公式计算KN B H K K G c Z 8.9012.085.165.1⨯=二、 露顶弧形闸门当B ≤10m 时KN H B H K K G s b c 8.933.042.0⨯= 当B>10m 时KN H B H K K G s b c 8.91.163.0⨯= 式中 H s ----- 设计水头,m;K b ----- 孔口宽度系数: 当B ≤5m 时取0.29;当5m<B ≤10m 时取0.472;当10m<B ≤20m 时取0.075;当B>20m 时取0.105;其他符号意义、数值同前.三、 潜孔式平面滚轮闸门KN H A KK K K G s 8.9073.079.093.0321⨯= 式中 A ----- 孔口面积，m 2K 1----- 闸门工作性质系数：对于工作闸门与事故闸门取1.0；对于检修门与导流门取0.9；K 2----- 孔口宽度比修正系数：当H/B ≥2时取0.93；H/B<1取1.1；其他情况取1.0；K 3----- 水头修正系数：当H s <60m 时取1.0；当H s ≥60m时K 3 = 25.0)(AH s 其他符号意义同前四、潜孔式平面滑动闸门KN H A KK K K G s 8.9022.063.034.1321⨯= 式中 K 1----- 意义同前：对于工作闸门与事故闸门取1.1；对于检修门取1.0；K 3----- 意义同前：当H s <70m 时取1.0；当H s ≥70m时K 3 = 25.0)(AH s 其他符号意义同前五、 潜孔式弧形闸门KN H A K G s 8.9012.006.127.12⨯= 式中 K 2-----意义同前：当B/H ≥3时取1.2；其他情况取1.0； 其他符号意义同前。
弧形钢闸门计算实例一、基本资料和结构布置1．基本参数孔口形式：露顶式；孔口宽度：12.0m；底槛高程：323.865m；检修平台高程：337.0m；正常高水位（设计水位）：335.0m；设计水头：11.135m；闸门高度：11.5m；孔口数量：3孔；操作条件：动水启闭；吊点间距：11.2m；启闭机：后拉式固定卷扬机。
2．基本结构布置闸门采用斜支臂双主横梁式焊接结构，其结构布置见图3-31。
孤门半径R=15.0m，支铰高度H2=5m。
垂直向设置五道实腹板式隔板及两道边梁，区格间距为1.9m，边梁距闸墩边线为0.3m；水平向除上、下主梁及顶、底次梁外，还设置了11根水平次梁，其中上主梁以上布置4根，两主梁之间布置7根。
支铰采用圆柱铰，侧水封为“L”形橡皮水封，底水封为“刀”形橡皮水封。
在闸门底主梁靠近边梁的位置设置两个吊耳，与启闭机吊具通过吊轴相连接。
采用2×500KN 固定式卷扬机操作。
本闸门结构设计按SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》进行。
门叶结构材料采用Q235，支铰材料为铸钢ZG310-570。
材料容许应力（应力调整系数0.95）：Q235第1组：[б]=150MPa ，[τ]=90 MPa ； 第2组：[б]=140MPa ，[τ]=85 MPa ； ZG310-570：[б]=150MPa ，[τ]=105 MPa 。
3．荷载计算闸门在关闭位置的静水压力，由水平压力和垂直水压力组成，如图1所示：水平水压力：()kN B H P s s 3.74390.12135.1110212122=⨯⨯⨯==γ垂直水压力：()()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=212212221sin sin 2sin 2sin 180/21φφφφφφπφγB R V s式中：()471.19,3333333.0155sin 14224,409.0155135.11sin 222111======-==φφφφ所以所以R H 。
设计水位：366m设计水头：6m闸门形式：采用露顶式弧形钢闸门闸门尺寸：闸门高度大于设计水头加安全超高（按《水利水电工程钢闸门设计规范》SL-7495中取0.3~0.5m）,即H > 6 + 0.5 = 65m。
闸门宽度为12m面板弧面半径：弧而曲面半径R=8m （1.1^1.5H）o校心位宜：对于宽顶溢流坝较心位叠可布置在a= （2/3^1） H处，且高出下游水位0.5m左右（如图1）。
此处取a=5m.主框架选择：主框架形式分两种：主横梁式（1）带悬臂的直支臂TT形框架。
（如图a）（2）斜支臂八形框架。
（如图b）（3）直支臂口形框架。
（如图c）a) b) c)主纵梁式主梁竖立放置，与匕卜两支臂链接（如图d）初步釆用主横梁式斜式支臂八形框架（图b）主横梁布置：1、实腹截面主横梁：闸门宽高比偏人时采用2、横桁架主横梁：闸门宽高比偏小时采用（1）、据《小型水电站机电设计手册》（黄希元主编）中闸门尺寸为：宽X长=12X6.5m时宜选择实腹截面主横梁。
（2）、为了缩小门槽尺寸和减少钢材用量，釆用变截面主梁。
根据《水利水电匸程钢闸门设计规范》SL 7495中,主横梁式斜式支臂厂\形框架，,部梁高为中跨梁高的0.4〜0.6倍II要与边纵梁相结合，梁高改变高度位豐距端部（2/4〜2/6）跨度。
考虑以上因素端部梁高取0.5h・变化位置取1/6L （如图2）。
一般弧形闸门釆用双主横梁，而双主横梁布置一般分为两种:1、等分水压力布置2、不等分水压力布置本水闸釆用等水压力布置（如图3）次横梁布置：2、顶、底横梁：按构造需求选择。
2、小横梁分段嵌设于各纵梁之间，排列间距按水压力的分布布置。
则布置5根小横梁，上主梁以上等间距布説2根，两主梁之间等距布垃3根（见图4）纵梁布置：2、跨中纵梁：布豐在启吊纵梁与边纵梁之间，2、启吊纵梁：布置在主横梁与支臂连接处3、边纵梁：布置在面板梁格两端。
为禹宦门体刚度要求将心吊纵梁、启吊纵梁间的跨屮纵梁的截面扩人，形成隔板。
弧形钢闸门计算实例一、基本资料和结构布置1．基本参数孔口形式：露顶式；孔口宽度：12.0m；底槛高程：323.865m；检修平台高程：337.0m；正常高水位（设计水位）：335.0m；设计水头：11.135m；闸门高度：11.5m；孔口数量：3孔；操作条件：动水启闭；吊点间距：11.2m；启闭机：后拉式固定卷扬机。
2．基本结构布置闸门采用斜支臂双主横梁式焊接结构，其结构布置见图3-31。
孤门半径R=15.0m，支铰高度H2=5m。
垂直向设置五道实腹板式隔板及两道边梁，区格间距为1.9m，边梁距闸墩边线为0.3m；水平向除上、下主梁及顶、底次梁外，还设置了11根水平次梁，其中上主梁以上布置4根，两主梁之间布置7根。
支铰采用圆柱铰，侧水封为“L”形橡皮水封，底水封为“刀”形橡皮水封。
在闸门底主梁靠近边梁的位置设置两个吊耳，与启闭机吊具通过吊轴相连接。
采用2×500KN 固定式卷扬机操作。
本闸门结构设计按SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》进行。
门叶结构材料采用Q235，支铰材料为铸钢ZG310-570。
材料容许应力（应力调整系数0.95）：Q235第1组：[б]=150MPa ，[τ]=90 MPa ； 第2组：[б]=140MPa ，[τ]=85 MPa ； ZG310-570：[б]=150MPa ，[τ]=105 MPa 。
3．荷载计算闸门在关闭位置的静水压力，由水平压力和垂直水压力组成，如图1所示：水平水压力：()kN B H P s s 3.74390.12135.1110212122=⨯⨯⨯==γ垂直水压力：()()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=212212221sin sin 2sin 2sin 180/21φφφφφφπφγB R V s式中：()471.19,3333333.0155sin 14224,409.0155135.11sin 222111======-==φφφφ所以所以R H 。
弧形闸门闸墩受拉区数值分析摘要：本文采用数值分析方法，对弧形闸门闸墩受拉区应力进行了分析，对工程设计有一定的借鉴意义。
关键词：弧形闸门牛腿闸墩受拉区数值分析1. 工程概况某节制闸闸室总长20m，总宽23.2m。
闸室分3孔布置，每孔净宽6.0m，底板高程78.441m，墩顶高程90.732m。
闸室为开敞式钢筋混凝土整体结构，中墩厚1.3m，边墩顶厚1.0m，底厚1.8m，底板厚1.8m。
设置3扇工作闸门和2扇检修闸门，工作门为弧形钢闸门，检修闸门为平面滑动叠梁门。
门库布置在闸室两侧，地下结构。
当采用弧形闸门时，闸墩上设置有牛腿以支承弧形闸门的支臂。
当闸门关闭时，二分之一的闸门推力由门轴支承传至牛腿，因而牛腿处闸门内有较大的集中应力。
2. 倒虹吸结构计算模型2.1基本参数闸底板高程78.441m，闸门高7.8m，孔口宽度6.0m，闸门半径10.975m。
闸室混凝土强度等级C30。
牛腿宽度b=1.5m，高度h=2.1m，牛腿中心高程为86.441m，如图1所示。
图1牛腿结构图2.2模型建立把闸墩当成固接于底板的悬臂结构进行建模，把计算出来的支铰处的力施加于牛腿上，分析牛腿的受力与闸墩受拉区域。
中闸墩、边闸墩单元划分见图2和图3。
图2中闸墩单元划分图图3边闸墩单元划分图2.4计算方案本次数值模拟建立三维模型，仅选取以下两种不利工况进行分析，即工况1：闸门全关承受静水压力：支铰最大反力1117.5kN，与水平线夹角31.1384°；支铰最大侧推力79.4 kN（支铰反力、侧推力计算过程略）工况2：闸门全关在启门瞬间，闸门承受静水压力和启门力叠加作用：支铰最大反力1307.3kN，与水平线夹角36.4109°；支铰最大侧推力91.8 kN3. 计算结果分析3.1中闸墩有限元分析表明，牛腿处闸墩内有集中应力，工况1最大值为1.3MPa，工况2最大值为1.52MPa。
在距离牛腿1.5m左右处，两工况应力分别为0.52MPa 和0.61MPa左右。
弧形闸门计算书-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1目录1 计算目的与要求 ................................................................... 错误!未定义书签。
2 设计计算内容....................................................................... 错误!未定义书签。
3 设计依据 .............................................................................. 错误!未定义书签。
4 基本资料和结构布置............................................................ 错误!未定义书签。
基本参数 (3)基本结构布置 (4)荷载计算 (4)面板弧长 (6)主框架位置 (7)5 结构计算 .............................................................................. 错误!未定义书签。
面板....................................................................................... 错误!未定义书签。
水平次梁............................................................................... 错误!未定义书签。
中部垂直次梁（隔板）....................................................... 错误!未定义书签。
边梁....................................................................................... 错误!未定义书签。
89第45卷 第07期2022年07月Vol.45 No.07Jul.2022水 电 站 机 电 技 术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station0 引言某电站泄洪坝段共分为23个土建坝段[1]，每坝段中部设置1个深孔，每个孔道末端设置弧形工作闸门，孔口尺寸7 m×9 m，设计水位为175 m，从安装至今，深孔弧形工作闸门长期服役超过20年。
鉴于深孔弧形钢闸门所处干湿交替的环境，长期服役导致构件发生低周疲劳等原因，闸门结构的安全性会有所降低，为确保深孔弧形钢闸门的安全稳定运行，某电站每年会根据《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》[2]的要求，依据《水利水电工程钢闸门设计规范》[3]对弧形钢闸门进行在役安全性评价。
弧形闸门的安全性评价方法有原型观测试验、水弹性模型试验、数值分析或三者结合的方法[4]。
原型观测试验是指在工程现场对工程及相关影响因素进行的观察、监测和分析的活动[5]，但是由于工程条件的限制和原型观测试验技术标准的不统一[6]，部分弧形闸门无法开展原型观测试验或者试验数据准确性存疑；水弹性模型试验法是通过建立水弹性模型来研究弧形闸门的动力特性参数[7]，但由于水弹性模型试验周期长、成本较高且往往所测节点数量较少，至今还无法实现真正完全水弹性相似模拟试验[4]；数值分析法则按空间结构体系建立弧形闸门有限元模型，不仅能充分体现出闸门较强的空间效应，而且能准确地计算出各构件的内力、应力及变形[8]。
文中采用有限元对某电站泄洪深孔弧形钢闸门的强度和刚度进行分析，依据《水利水电工程钢闸门设计规范》[3]对弧形钢闸门进行在役安全性评价，并将有限元结果与现场实测数据相对比，进一步验证闸门的安全性。
1 分析模型1.1 有限元模型及材料特性根据深孔弧形工作闸门结构图纸，在SolidWorks 软件中建立闸门三维实体模型（图1所示），并将三维模型导入ANSYS Workbench 中，采用实体单元对闸门进行网格划分，选择4节点四面体单元（Solid187 element)和8节点六面体单元（Solid185 element)。
弧形闸门启闭力计算根据《水利水电工程钢闸门设计规范 SL74-95》，采用以下公式进行计算。
启门力计算式：[]412102)(1r P R G Gr n r T r T n R F X j zs zd T Q G ＋＋＋＋＇= 式中：F Q ——启门力，KN ；R 1、R 2——分别为加重和启门力对弧形闸门的力臂,m ； T zd ——滑动支承摩擦阻力,KN; P f T zd 2=f 2——滑动摩擦系数，取0.6；P ——作用在闸门上的总水压力，KN ；22Z X P P P ＋=P X ——静水压力的水平分力，KN;P Z ——静水压力的铅直分力，KN ；R ——滚轮半径，mm ，R=100mm ，r ——滚轮轴半径，mm ，r=100mmT zs ——止水摩擦阻力,KN, ；zs zs P f T 3=f 3——滑动摩擦系数，取0.7；P zs ——作用在止水上的压力,KN;r 0、r 1、r 2、r 4——分别为转动轴摩阻力、止水摩阻力、闸门自重、下吸力对弧形闸门转动中心的力臂,m ；P X ——下吸力，KN,B H P X X 221γ=;H X ——闸门下游水深，m ；H X =0B ——闸门宽度，m ；B=8.0mB 1——止水总宽度，m ；B 1=0.09mn ＇G ——计算持住力和启门力用的闸门自重修正系数，可采用1.0～1.1；G ——闸门自重，计算启门力时计入浮重，KN ；G=18×9.8=176.4KN G j ——加重块的重量，KN ；n T ——摩擦阻力安全系数，可采用1.2；该闸门不再加重，则G j =0，相应R 1=0，启门力的力臂R 2=10m ，转动轴摩阻力距r 0=0.1m ，止水摩阻力距r 1=10m ，闸门自重力矩r 2=10m 。
计算式考虑下游无水，则下吸力P X =0，相应r 4=0。
作用在闸门上静水压力的水平分力P x ：KN B H P x 2509888.9212122=×××==γ 静水压力的铅直分力P z 为闸门排开水的重量KN P Z 94388.903.12=××= 则作用在闸门上静水总压力KN P P P Z X 268094325092222=+==＋ 作用在止水上静水压力的水平分力P 止水x ：KN B H P X 22.2809.088.921γ2122=×××==止水 静水压力的铅直分力P z 为闸门排开水的重量（可忽略）则作用在止水上静水总压力KN P zx 22.28=滑动支承摩擦阻力KN P f T zd 160826806.02=×==止水摩擦阻力KN P f T zs zs 75.1922.287.03=×==则启门力F Q ：[][]KN r P R G Gr n r T r T n R F X j zs zd T Q G 23.2284.17605.110)19.751.01608(2.1101)(1412102=×××××==＋＋＋＋＋＋＇。
经验与技术30弧形闸门开度计算方法及应用文/丁东华摘要:以湖北汉江王甫洲水利枢纽泄水闸开度仪改造为例，根据闸门运动与液压油缸活塞的伸缩行程之间关系严格推导出闸门开度计算公式，并介绍了位置解码器SM338在该系统中的实际应用。
关键词:弧形闸门；开度计算；位置解码器SM338；自动控制一、引言湖北汉江王甫洲水利枢纽是一个以发电为主，结合航运，兼有灌溉、养殖、旅游等综合效益的大型水利工程。
位于湖北省老河口市汉江干流上，上距丹江口水利枢纽30km，老河口市市区下游约3km 处。
泄水闸位于主河道左岸、王甫洲右边滩地上，共23孔平底闸，闸孔净宽14.5m，高15.17m，闸室高18.97m，采用液压弧形工作门，根据运行要求，在闸面下游段上布置了12座启闭机房，2间变压器室，3座观测房以及备用电源房、配电房、集控室、起重门机等建筑物与设备。
在设计及校核水位条件下，最大下泄流量分别为16870m 3/s 和20800m 3/s。
二、闸门开度计算方法弧形闸门开度常用的一般有两种方法，一是采用分段折线（依据不同的闸门开度设定，折线段数有所不同），比如常见的与编码器配套的开度仪表计算闸门开度就是使用的15段折线，在每一段折线内都是用拟合直线的方法进行计算闸门开度，需要精确的专业测量仪器测量各个折线的拐点值，需要测量的数据多，并且要将闸门依次提到每个设定的折线拐点处，无论测量和操作上都比较麻烦，通过这种算法精度不够高，并且在折线拐点处可能会出现数据跳变的情况。
另外一种方法就是采用公式实时计算闸门开度，下面就弧形闸门的特点，对计算公式推导进行探讨（以液压门举例）。
三、位置结构说明液压闸门有两个关键的支撑点，分别叫油缸支点和支铰。
油缸在闸门提升过程中的伸缩和旋转是以油缸支点为中心进行旋转，而闸门的提升和降落围绕支铰进行旋转，如图一所示。
点E 为闸门的油缸支点，点B 为闸门的支铰，点A 为闸门着地点，即闸门底沿。
弧AD 为弧形闸门的门面，AB 和DB 为闸门的支撑臂，CE为闸门的油缸和活塞。
弧形钢闸门计算实例弧形钢闸门是一种应用广泛的水工结构，通常被用于水坝、水电站和船闸等工程中。
它由一段弧形的钢板组成，可以随着水位的变化而升降。
在设计和计算弧形钢闸门时，需要考虑多个因素，包括水压、水位、重力等。
下面是一个弧形钢闸门的计算实例，用于说明设计和计算过程。
假设有一个用于船闸的弧形钢闸门，其跨度为15米，高度为5米。
为了使钢闸门能够顺利升降，我们需要计算当水位变化时所受到的水压力，以及钢闸门的重力。
然后，将两者进行比较，以确定钢闸门是否能够顺利升降。
首先，我们需要计算钢闸门所受到的水压力。
水压力可以通过下面的公式计算：P = ρgh其中，P为水压力，ρ为水的密度，g为重力加速度，h为水的高度。
假设水的密度为1000 kg/m³，重力加速度为9.81 m/s²。
在最大水位时，水高度为5米，那么水压力可以计算为：接下来，我们需要计算钢闸门的重力。
钢闸门由一段弧形的钢板组成，其面积可以通过下面的公式计算：A=(π/2)*r²其中，A为钢闸门的面积，r为钢闸门的半径。
由于钢闸门是弧形的，我们需要计算其半径。
假设弧形钢闸门的半径为10米，那么钢闸门的面积可以计算为：A=(π/2)*10²≈157.08m²钢闸门的重力可以通过下面的公式计算：F=m*g其中，F为重力，m为钢闸门的质量，g为重力加速度。
钢闸门的质量可以通过下面的公式计算：m=ρ*V其中，m为质量，ρ为钢闸门的密度，V为钢闸门的体积。
假设钢闸门的密度为7850 kg/m³，那么钢闸门的质量可以计算为：m = 7850 * 157.08 ≈ 1,230,234 kg钢闸门的重力可以计算为：F=1,230,234*9.81≈12,058,471.54N这个计算实例展示了如何计算弧形钢闸门所受到的水压力和重力，并比较二者以确定钢闸门的升降能力。
在实际设计和计算中，还需要考虑其他因素，如钢闸门的尺寸、材料强度等，以确保工程的安全和可靠性。
大跨度平面立轴式弧形钢闸门设计应用大跨度平面立轴式弧形钢闸门设计应用黄有琴一、概述十五里河位于安徽省合肥市滨湖新区巢湖入口一开敞式河道，是环巢湖四期十五里河干支流小流域治理工程一项重要的水利工程，既有抗洪防汛功能，也肩负着调节保持十五河水位的重任，枯水期闸门关闭为十五里河蓄水，汛期则开闸行洪，同时对调节十五里河水质也具有积极作用。
按照城市防洪要求，在该河道建设一闸站，由于该河道较宽，传统的节制闸闸门需设多孔，且需由启闭机控制，从而设专门的启闭机房，难以与该工程的周边环境和城市建筑风格相协调。
闸门设计水头较高，不宜采用目前比较流行的钢坝闸方案，长期挡水难以解决底部淤积问题，且成本较高。
因此，该工程选用一种比较新型的闸门—对开式弧形闸门，闸门的结构和运行方式既能满足防洪排涝要求，又能满足城市景观效果的要求，同时扩宽了闸门设计思路。
图1 平面立轴式弧形钢闸门布置图表1 十五里河河口闸站枢纽节制闸设计条件表二、平面立轴弧形钢闸门设计应用1.闸门的结构布置平面立轴弧形钢闸门门叶上部为空间箱体结构，闸门关闭时，结构呈拱形铰支承，作用在门体上的水压力由门叶、支臂架承担并指向铰心。
闸门门体根据防洪水位组合验算，结构强度、刚度，稳定性条件满足设计规范要求。
为防止闸门在风浪等不均匀侧向作用下可能发生的漂移，当闸门关闭时，应对闸门中缝顶部设锁定机构进行限制，从而实现节制闸门运行功能要求。
闸门布置如图1所示，主要由左右两扇弧形门体结构组成，支铰中心设在两侧，并设有门库。
支铰通过支臂与门体相连，闸门可绕支铰中心旋转，从而实现挡水和泄流要求。
2.闸门的结构设计根据十五里河防洪排涝工程布局及特征水位分析，十五里河河口闸站枢纽工程节制闸门设计条件见表1。
闸门根据规划和水位条件进行设计，从而实现节制闸的功能要求。
十五里河河道宽度45m，底槛6.0m，设平面立轴弧形钢闸门，闸门曲率半径为30m，门体厚度2.5m，门高8.3m，满足规划设计条件。
竹格多水电站冲砂闸3×5—15.5弧形工作门技施设计计算书2004-111、基本参数：1．1闸门型式：潜孔式弧形闸门1．2孔口尺寸：3×5 m1．3设计水头：15.5m1．4弧面半径：10 m1．5支铰高程：2276.50 m1．6底坎高程：2269.50 m1．7平台高程：2284.60 m1．8支铰型式：球面滑动轴承1．9支臂型式：双直支臂1．10启闭机型式：斜拉卷扬式启闭机1．11启闭机容量：400KN1．12启闭机工作行程： 4.55 m1．13闸门主要材料：Q235B1．14支铰材料：ZG310~570 1．15孔口数量：1孔1．16闸门数量：1扇2、总水压力计算：（见附图1）水平水压力：()()()()()()()056996.282.1105551411091.0657828838.022*******.061471718.01500427.44cos 2063.9cos 101.102854.88sin 4126.18sin 427.44cos 2063.9sin 2[31010cos cos 2]2sin 2sin cos sin 2[6.207334.51.105.15106.20732.1105211802207.35221211212121180221212121===Φ=+-+⨯=-⨯++-⨯+⨯⨯⨯=-++-⋅+⋅⋅⋅==⨯⨯+⨯⨯=⋅+⋅⋅=⨯arctg arctg KNRh B R P KNB h H H P HVP P V H ππφφφφφφφγγ总水压力：()()mml KNP P P RV H 32901000074.23492.11056.20731802063.9056996.28180122221=⨯===+=+=--Φπφπ封水面板弧长：mm R l 6147100001802207.351800=⨯==⨯ππφ 选取面板弧长为：l=l 0+150=6147+150≈6300mm面板弧长：110对应角度： 63026401101801⋅==⨯πβ700对应角度： 010705.4100007001802==⨯⨯πβ 750对应角度： 297183.4100007501803==⨯⨯πβ 800对应角度： 583662.4100008001804==⨯⨯πβ 850对应角度： 870141.4100008501805==⨯⨯πβ900对应角度： 156620.5100009001806==⨯⨯πβ 440180⨯π其中：a 1=900mm b 1=900mm b/a=900/900=1 ＜351⋅=α k=0.308 ［σ］=156.9Mpaq 1=10.821×10=108.21KN/㎡=1.0821×105Pa3．2区格Ⅱ：[]mm aKq12.119006510915*********.130802=⨯==⨯⋅⨯⋅⨯⨯⋅σαδ其中：a 2=900mm b 2=900mm b/a=900/900=1 ＜351⋅=α k=0.308 ［σ］=156.9Mpa23．3区格Ⅲ：[]mm aKq28.1185065109156511024521332603=⨯==⨯⋅⨯⋅⨯⋅⨯⋅σαδ其中：a 3=850mm b 3=900mm b 3/a 3=900/850=1.06 ＜351⋅=α k=0.3326 ［σ］=156.9Mpaq 3=12.452×10=124.52KN/㎡=1.2452×105Pa3．4区格Ⅳ：[]mm aKq61.118506510915*********.1332604=⨯==⨯⋅⨯⋅⨯⨯⋅σαδ其中：a 4=850mm b 4=900mm b 4/a 4=900/850=1.06 ＜351⋅=α k=0.3326 ［σ］=156.9Mpaq 4=13.199×10=131.99KN/㎡=1.3199×105Pa3．5区格Ⅴ：[]mm aKq61.118006510915*********.1357505=⨯==⨯⋅⨯⋅⨯⨯⋅σαδ其中：a 5=800mm b 5=900mm b 5/a 5=900/800=1.125 ＜351⋅=α k=0.3575 ［σ］=156.9Mpaq 4=13.868×10=138.68KN/㎡=1.3868×105Pa3．6区格Ⅵ：[]mm aKq51.117506510915*********.138306=⨯==⨯⋅⨯⋅⨯⨯⋅σαδ其中：a 6=750mm b 6=900mm b 5/a 5=900/750=1.2 ＜351⋅=α k=0.383 ［σ］=156.9Mpaq 4=14.462×10=144.62KN/㎡=1.4462×105Pa3．7区格Ⅶ：[]mm aKq3.117006510915651104984.14079407=⨯==⨯⋅⨯⋅⨯⨯⋅σαδ其中：a 7=700mm b 7=900mm b 7/a 7=900/700=1.286＜351⋅=α k=0.40794 ［σ］=156.9Mpa4考虑到面板上需要钻沉头螺栓孔选取δ=16mm. 材质为:Q235B 4、水平次梁计算:H 1=100.96KN/㎡H 2=108.21KN/㎡ H 3=116.74KN/㎡ H 4=124.52KN/㎡ H 5=131.99KN/㎡H 6=138.68KN/㎡ H 7=144.62KN/㎡ H 8=149.84KN/㎡ H 9=155KN/㎡()()()mKN H H q /08.77737.096.10021.1082145.0287.021211=⨯+⨯=+⨯+= ()()()mKN H H q /6.105875052.12474.11621425.045.021432=⋅⨯+=+⨯+=()()()mKN H H q /02.10985099.13152.12421425.0425.054213=⋅⨯+=+⨯+=()()()mKN H H q /65.11182568.13899.131214.0425.021654=⨯+=+⨯+= ()()()mKN H H q /78.109775062.14468.13821375.04.021765=⋅⨯+=+⨯+= ()()()mKN H H q /1.7046015584.1492111.035.021986=⋅⨯+=+⨯+= m KN q q /65.1114max ==⋅∴取M max =0.125ql 2=0.107×111.65×0.92=9.68KN.mA=28.83cm 2 W x =178cm 2 I x =1780.4cm 2 d=7mm t=11mm面板参与次梁工作的有效宽度为: B=ξ2b (支座处为负弯矩) l 0=0.4l=0.4×90=36cmcm b 5.8228580==+ 436405.82360⋅==bl ζ2=0.139648B=ξ2b=0.139648×82.5=11.5cm=115mmmm cm y 744.76.15.1183.286.1183.28806.15.111===⨯+⨯+⋅⨯⨯ y 2=216-74=142mmI 次=11.5×1.6×6.62+1780.4+28.83×4.22=3090.5cm 432.145.3090min 64.2172cm W Y I ===次32210673.1691.137065.131.13.7cm S =⨯⨯⋅+⨯⨯= 4．3应力计算：21064.2171068.9/5.4436minmaxmm N W M ===⨯⨯次σ＜[σ]=156.9N/mm 227105.309010673.1691061/84.474330max mm N I S Q ===⨯⨯⨯⨯⨯⋅⋅δτ次次＜[τ]=93.2N/mm 24．4挠度计算：mm f EIql 0710632063204544105.3090101210090065.111100max ⋅=⨯⋅=⨯⋅=⨯⨯⨯⋅⨯⨯ 25011300019000710max ≈=⋅lf⋅∴次梁能满足要求5、主框架计算：采用双主横梁布置。
弧形闸门下滑计算（原创版）目录1.弧形闸门下滑计算的背景和意义2.弧形闸门下滑计算的基本原理3.弧形闸门下滑计算的具体方法4.弧形闸门下滑计算的应用案例5.弧形闸门下滑计算的现状和未来发展正文【1.弧形闸门下滑计算的背景和意义】弧形闸门下滑计算是水利工程设计中一个重要的环节。
弧形闸门是一种广泛应用于水利工程中的挡水建筑物，其结构特点是门叶呈弧形，能够承受较大的水压力。
在水利工程中，弧形闸门的设计和运行需要考虑其下滑的稳定性，以确保工程的安全性和可靠性。
因此，弧形闸门下滑计算的研究具有重要的实际意义。
【2.弧形闸门下滑计算的基本原理】弧形闸门下滑计算的基本原理是基于结构力学和流体力学的理论分析。
其主要内容包括：闸门结构受力分析、水压力计算、闸门下滑稳定性分析等。
其中，闸门结构受力分析主要包括闸门自重、水压力、土壤压力等；水压力计算需要考虑水位、水流速度等因素；闸门下滑稳定性分析则需要综合考虑上述因素，评估闸门下滑的可能性和程度。
【3.弧形闸门下滑计算的具体方法】弧形闸门下滑计算的具体方法主要包括以下几个步骤：（1）收集和整理工程资料，包括闸门结构参数、水位、水流速度等；（2）进行闸门结构受力分析，计算闸门受到的各种力的大小和方向；（3）计算水压力，根据水流速度、水位等因素，计算水压力的大小；（4）分析闸门下滑稳定性，比较闸门受到的力和水压力，评估闸门下滑的可能性和程度；（5）提出改进措施，针对下滑不稳定的闸门，提出相应的改进措施，提高其下滑稳定性。
【4.弧形闸门下滑计算的应用案例】某水利工程中，设计一座弧形闸门，其结构参数为：闸门高 20 米，宽 40 米，弧形半径 20 米。
在水位为 15 米、水流速度为 2 米/秒的情况下，进行弧形闸门下滑计算。
首先，收集和整理工程资料，包括闸门结构参数、水位、水流速度等；其次，进行闸门结构受力分析，计算闸门受到的各种力的大小和方向；然后，计算水压力，根据水流速度、水位等因素，计算水压力的大小；接着，分析闸门下滑稳定性，比较闸门受到的力和水压力，评估闸门下滑的可能性和程度；最后，提出改进措施，针对下滑不稳定的闸门，提出相应的改进措施，提高其下滑稳定性。
弧形钢闸门设计计算实例分析摘要：本文主要根据某面板堆石坝工程弧形钢闸门的实例数据，就其结构布置和结构设计中一些重要参数进行了实际的计算验证分析。
关键词：弧形钢闸门；设计；计算；实例Abstract: In this paper, according to the instance data of CFRD tainter gate, it analyzed the actual calculation and verification on some important parameters of the structural layout and structure design.Keywords: tainter gate design; calculation; examples中图分类号: TV663.2本文将以工程实例为据通过具体的计算就弧形钢闸门工程设计进行分析。
重点对结构的稳定、强度及应力计算进行分析。
本文设计计算的内容主要包括框架内力分析、框架结构计算及启闭力计算。
一、水库工程概况说明大坝坝型为面板堆石坝，主堆石区以中下部强风化或弱风化岩体作为基础持力层，次堆石区以强风化岩体为基础持力层。
趾板应放在弱风化岩体中下部。
1）水库特性指标正常蓄水位：500.00m正常蓄水位以下库容：1492万m3设计洪水位：500.44m校核洪水位：501.70m总库容：1629万m3（校核洪水对应库容）死水位：474.00m死库容：327万m3调节库容：1165万m32）材料容重混凝土：24kN/m3钢筋混凝土：25kN/m3钢材容重：78.5kN/m3浆砌石：23kN/m3水：10kN/m33) 设计安全系数抗剪断公式：基本荷载组合K′≥3.00特殊荷载组合K′≥2.50闸门采用斜支臂双主横梁式焊接结构，其结构布置图见图1。
弧门半径R=9.0m，支铰高度H2=4.2m。
垂直向设置三道实腹板式隔板及两道边梁，区格间距为2.25m，边梁距闸门面板边线为0.3m；水平向除上、下主梁及顶、底次梁外，还设置了5根水平次梁，其中上主梁以上布置1根，两主梁之间布置4根。
支铰采用圆柱铰，侧水封为“L”行橡皮水封，底水封为“刀”形橡皮水封。
在闸门底主梁靠近边梁的位置设置两个吊耳，与启闭机吊具通过吊轴相连接。
采用2×160kN固定式卷扬机操作。
二、结构布置1、荷载计算分析闸门在关闭位置的静水压力，由水平水压力和垂直水压力组成，如图2所示。
水平水压力：(kN)垂直水压力：图1主横梁式弧形闸门结构简图（单位：mm）其中：=(6.44-4.2)/9=0.249,所以=14.412°=4.2/9=0.467,所以=27.818°=42.23°=0.737°=sin55.636°=0.825=-sin13.406°=-0.232=sin42.23°=0.672=-sin6.703°=-0.117故=457.82(kN)总水压力：=1921.6(kN)总水压力作用方向：=457.8/1866.3=0.2453所以=13.783°2、面板弧长闸门门叶垂直高度为6.5m，支铰中心水平线以上弧形面板包角为=14.807°总水压力作用线上、下的弧长L上、L下分别为L上=0.01745 = 0.01745×9.0×（14.807+13.783）= 4.490（m）L下=0.01745 = 0.01745×9.0×（27.818-13.783）= 2.204（m）面板总弧长L总为L总= L上+ L下= 4.49+2.204 = 6.694（m）3、主框架位置根据等荷载原则，闸门上、下主梁与支臂组成的主框架平面布置应与总水压力作用线对称，使两框架受力均匀。
两主梁之间的弧长为 3.925m，上、下主框架之间的夹角为，即=180×3.925/28.274=24.987°所以=12.494°上、下框架与水平线的夹角（负号表示位于水平线的上方）为=13.783-12.494=1.289°=13.783+12.494=26.277°三、结构计算1、面板面板厚度按下列公式初选，并按表1计算。
式中：为弹塑性薄板支承长边中点弯曲应力系数；为弹塑性调整系数（b/a ＞3时，=1.4；b/a≤3时，=1.5）；为面板计算区格中心的压力强度，N/mm2；a、b为面板计算区格的短边和长边长度，mm，从面板与主（次）梁的连接焊缝算起；[σ]为钢材的抗弯容许应力。
表1面板厚度计算表注：主梁前翼缘宽度取100mm，次梁前翼缘宽度取70mm。
根据表1的计算结果，面板厚度选定为δ=10mm。
2、水平次梁（1）荷载及内力水平次梁荷载按“近似取相邻间距和之半法”计算单位宽度荷载，见表2。
表2 水平次梁荷载计算表全部次梁及顶、底次梁采用同一截面，按其中最大荷载的一根次梁（次梁5）进行计算。
水平次梁按受均布荷载的六跨连续梁计算，其计算简图见图3。
图3水平次梁计算简图（单位：m）水平次梁参数为：=43.5kN/m，=2.25m。
最大支座弯矩：=0.106×43.5×2.252 =23.3（kN·m）最大跨中弯矩：=0.078×43.5×2.252 =17.2（kN·m）最大剪力：=0.606×43.5×2.25=59.3（kN）（2）应力计算弯曲应力：(MPa)＜(MPa) ＜剪应力：(MPa) ＜最大跨中挠度：(mm)(mm)＜3、中部垂直次梁（隔板）中部隔板按两端悬臂简支梁计算，其计算简图见图4。
图4竖直次梁计算简图（单位：m）（1）荷载及内力荷载：（kN /m）（kN /m）（kN /m）（m），（m），（m），（m)支座反力：（kN）（kN）剪力：（kN）（kN）（kN）（kN）弯矩：（kN·m）（kN·m）跨中最大弯矩位置：解得（m）（kN/m）（kN·m）4、主框架（1）荷载上、下主框架对称于总水压力作业线布置，上、下主框架之间的夹角为（，见前面的计算），则每个框架上的静水荷载为（kN）式中的1.1为动载系数。
启门力在主框架上产生的力为（kN/m）式中：为每侧因钢丝绳拉力引起的压力；为每侧钢丝绳所受拉力，即每侧启门力；为钢丝绳在弧面上的包角。
主梁上的均布荷载为（kN/m）（2）框架内力主梁断面初选。
面板参与主梁作用的有效宽度（下主梁）为，cm。
查表得：，则（cm）又≤（cm）所以面板有效宽度取B=74cm。
主梁截面尺寸见图5，截面特性如下：图5主梁跨中截面尺寸（单位：cm）（cm2）（cm3）（cm）（cm4）（cm3）（cm3）框架计算：所以（mm）（mm）（mm）（mm）（mm）框架内力：根据前面的计算，跨中均布荷载kN/m。
内力计算如下：（kN）=120.5（kN）（kN）（kN·m）（kN·m）（kN·m）（kN·m）（3）框架应力验算主横梁：（1跨中截面应力。
跨中截面正应力按下式计算：前翼缘：(MPa)＜后翼缘：(MPa)＜（2支座截面特性。
面板参与主梁作用的有效宽度，，则查表得：，则（cm）又≤（cm）所以面板有效宽度取B=64cm。
主梁截面尺寸见图6，截面特性如下：图6主梁跨中截面尺寸（单位：cm）（cm2）（cm3）（cm）（cm4）（cm3）（cm3）（cm3）（3支座截面应力。
正应力：前翼缘：(MPa)＜后翼缘：(MPa)＜剪应力：（kN）(MPa)＜（4主梁局部稳定性计算。
支座处：＜80所以，主梁支座处可以不配置横向加劲肋板。
但为了支臂传力均匀，一般均按构造要求设置有横向肋板。
支臂：弯矩作用平面内的稳定验算：偏心率：长细比：(cm)(cm)根据，查表得，则(MPa)＜弯矩作用平面外的稳定验算：其中近似地取长细比：其中=400cm。
(cm)根据，查表得，则(MPa)＜支臂与主横梁连接计算：螺栓的最大拉力：其中；；；，螺栓每排数量为8；间距为0.1m，所以；；；；；；，代入上式，得：（kN）又螺栓选用M30，A=6.16cm2，则(MPa)＜抗剪板焊缝：(MPa)＜其中焊缝高度=1.2cm，焊缝长度=30cm。
四、启闭力的计算闸门采用前拉式起吊形式，启闭机采用固定卷扬式启闭机。
总水压力为P=1921.6KN,轴套采用MGA，阻力系数为0.3，阻力臂=0.155m，弯矩为=0.3×1921.6×0.155 =89.4（kN·m）侧止水采用L形弧形闸门橡皮止水，其摩擦系数为0.5，弯矩为=0.5×10×（6.694×0.06×6.44/2）×2×9.03 =116.8（kN·m）门叶重量及阻力臂参数如下：面板=5000kg，力臂=9.0m；主梁、水平次梁及隔板等=5000kg，力臂=8.4m；支臂=6000kg，力臂=5.2m。
（1）闸门闭门力的计算=1.2×（89.4+116.8）-0.9×（50×9+50×8.4+60×5.2）=-816.36（kN·m）所以，闸门可以靠自重关闭。
（2）闸门启门力的计算总的阻力矩为=1.2×（89.4+116.8）+0.9×（50×9+50×8.4+60×5.2）=1311.24（kN·m）=146（kN）式中：为启闭力轴线到支铰转动中心的垂直距离，= 9 m。
启闭机容量选择为2×100KN。
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