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浅谈景观河道液压坝结构优化设计分析

发布时间:2020-03-08 浏览:286次 字号:  
 

1 引言

随着社会经济的发展,改善城市生态环境品质,构建城市生态安全格局,建设生态环境持续发展、人与自然高度和谐、最适宜人居的生态园林城市和森林城市,突出城市发展特色,构建特色鲜明的城市空间格局,营造特色水网系统,完善绿地系统。景观河道治理成为提升城市水系生态的重要举措,液压坝设计技术的成熟在景观河道工程中运用已经十分广泛。但是经过我们的调研,大部分液压坝在结构方面仍有改进和优化的空间。

2 液压坝的结构原理

液压坝由挡水闸门及液压启闭设备组成,运行方式为动水启闭,可局部开启或关闭,门叶采用主纵梁结构,门叶材料一般选用Q235B钢或Q345B钢,挡水坝面和底轴支承于两个底支铰上,可绕底支铰旋转,底支铰安装在闸底板的预埋螺栓上。主液压缸和支撑杆均通过吊耳连接于坝背面,主液压缸安装于坝后基坑内,支撑杆通过其底端的限位装置锁定,解锁液压缸安装于限位装置下方基坑内。液压泵站放置于两岸,通过油管控制主液压缸和解锁液压缸。门叶顶端设有破水装置设置,防止闸门局部开启或闸顶溢流形成负压或振动对门体产生破坏。底支铰采用钢制底座,门叶和底轴支承于底座前端,门叶向下游适当倾斜,闸门在开启状态时,打开手动回流阀,液压缸在门叶自重和水压力的作用下,也能够自行收缩,门体横卧在闸门支铰后的镇墩上,实现泄洪。液压坝示意结构如图1-2所示。

 

 

 

 

3 液压坝结构设计问题分析

对正在施工或已建成的工程进行调研后,发现了设计中出现的一些问题和不足。

3.1 支撑杆位置

部分液压坝采用主液压缸和支撑杆均通过吊耳连接于坝背面,主液压缸安装于坝后基坑内,支撑杆通过其底端的限位装置锁定,解锁液压缸安装于限位装置下方基坑内。主液压缸和解锁小液压缸均安装于很深的基坑内,机坑积水无法有效解决,液压缸长期浸泡于水中,严重影响其使用寿命,如图3所示。泥沙和杂物一旦进入基坑,阻止液压缸升缩及摆动,严重影响正常运行,检修非常不便。可能发生支撑杆底端在限位装置中卡死的现象,或者小液压缸发生故障,此时,活动坝面无法卧倒,人力又无法干预解决,尤其是洪水来临时,这种情况非常危险,支撑杆结构存在严重的安全隐患。

3.2 底支铰结构及安装

底支铰上游侧主纵板在闸门全关时为避免与门叶面板碰撞,对面板、底止水等干涉部位进行局部切割,在支铰和门叶连接处设置止水橡皮,在加工精度和安装质量等多种因素的制约下,闸门在多次开启关闭后,止水橡皮密封不严,容易出现缝隙。水头较高的情况下,此处存在漏水现象,如图4所示,结构设计有待优化和改善。

部分液压坝采用底支铰预先套于门叶底部套筒上,保证了底轴同轴度,但是现场安装时容易因误差累积出现底支铰与预埋件无法嵌套,底支铰又不容易与门叶分离从而无法调试的问题。

为避免闸前淤积,底支铰与预埋件连接部分置于底槛下的基坑中,使闸门开启后平卧角度减至最小,容易造成闸后基坑淤积,底支铰以及部分液压缸长期置于水中浸泡,出现锈蚀现象。

3.3 侧止水压板结构

闸门侧止水安装在闸门侧面突出面板上,采用P型止水,侧止水压板采用传统矩形压板,通过螺栓连接,如图9所示。在安装调试时,使止水橡皮与另一扇闸门侧面板进行预压缩,使其在止水摩擦适当的情况下起到封水效果。在闸前挡水情况下,侧止水在水压力作用下,矩形止水压板结构无法完全抑制止水橡皮压缩量,产生漏水缝隙。

3.4 门叶分节

液压坝可适应河道宽度,不设中墩,跨距内设置合理间距闸门,调整门叶宽度或高度即可。当闸门尺寸超过国家运输车辆管理规定时,闸门门叶整体运输须办理超限运输相关手续,而且运输过程繁杂。常规做法是闸门在出厂前进行预组装调试并水平分节,运输到工地现场后焊接成整体,由于工人技术及现场施工条件的影响,门叶焊接后会出现应力变形或受力不均等情况,对闸门整体运行有一些影响。

4 液压坝结构优化设计研究

4.1 支撑设置优化

液压坝不再设置支撑杆,整体结构由门叶、底座和液压缸组成了类似于三铰拱的稳定直角三铰结构,挡水时,门叶与地平面倾角为60度,液压缸铅垂直立,只受轴向力,力学结构优异。门叶向下游适当倾斜,液压缸安装于底座末端,底座安装于闸底板的预埋螺栓上。闸门在开启状态时,打开手动回流阀,液压缸在门叶自重和水压力的作用下,也能够自行收缩,门体横卧在闸门支铰后的镇墩上,实现泄洪。优化后的液压坝结构如图6所示。

4.2 底支铰结构及安装优化

在不影响底支铰强度和稳定性的前提下,底支铰上游侧主纵板断面结构调整,在闸门关闭时避免与门叶面板干涉,合理避开底止水,而且整扇门叶面板直接抵压底止水,免除了对门叶面板和底止水进行局部切割,无需再底支铰部位进行单独的止水设置,底止水橡皮完整连贯安装,面板底缘与底筒轴外表面构成两个封水面,达到了止水的目的,如图7所示。

门叶面板在底支铰与门叶面板连接处的底轴按底支铰宽度进行切割,两边分别开矩形孔,再将底支铰插入门叶面板切割处,与门叶主纵梁用轴连接,保证了门叶面板的受力从主纵梁传递到底支铰再到闸底板,方便底支铰与门叶面板在施工现场的安装调试。

降低闸底板高度,使底支铰轴心处与上游铺盖高度一致,将底止水与一期插筋固定后,浇入混凝土二期中。上游铺盖与闸底板连接处无需再浇二期混凝土,闸门开启平卧在镇墩上,与上游铺盖形成同一水平面,不会出现淤积现象。底支铰设置在闸底板上,用螺栓与一期插筋连接,避免积水锈蚀,如图8所示。

4.3 侧止水压板结构优化

适当增加侧止水压板宽度,对一边进行折弯和倒角,折弯边紧贴P型橡皮背水面,避免止水橡皮在水压力下压缩过量P型头变形,脱离止水压板,止水橡皮设置长圆孔,方便调节预压缩量, 在水压力和折弯止水压板的双重作用下,P型止水橡皮压实紧密,实现止水效果,如图9所示。

4.4 门叶分节优化

根据河道跨度设置闸门宽度,超过运输单元限制尺寸的门叶拆分为两节或者三节,在分节处分别焊接边梁,在通过高强螺栓连接或者轴孔铰接,中间设置节间止水橡皮。连接后的整扇门叶受力均匀,工作性能良好。在工厂内进行预组装调试后,拆分开运输至工地现场组装,节省门叶安装工作量,缩短安装工期,解决了闸门超限运输及现场焊接的问题。

5 结语

液压坝作为新型水闸,其结构形式在景观河道设计中得到推广和应用,在设计和施工中要综合考虑各方面因素,使工程运行可靠。本文根据工程实例中出现的问题进行了总结,对液压坝部分结构进行了优化设计研究,对液压坝整体以及各重要部件进行了有限元分析,这里不再赘述,使液压坝结构更加合理,有效的解决了工程中存在的难点和不足,希望为液压坝在景观河道类工程中的应用提供参考和借鉴。

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