李佳沛
四川省内江水利电力勘察设计院有限公司 641000
摘要：近年来，随着城市经济的快速发展，基础设施建设水平不断提高，水利工程作为市政工程的重要组成部分，与城市生态环境有着密切的联系，并已开始大规模地开展。相对于一般的水利工程而言，城市水利工程的运行条件比较复杂，功能较多，且具有一定的景观性，因此必须做好金属结构设计，才能满足城市水利工程的要求。随着现代城市水利建设的不断发展，金属结构在水利工程中的应用越来越广泛，对水利建设的发展和工程质量起到了重要作用。文章以某城市的水利工程为例，对几种闸门金属结构的设计与应用进行了探讨，希望能为同类工程提供一定的参考，提高其应用水平。
关键词：城市水利工程；金属结构；设计；应用
1金属结构设计总体思路
依据工程任务、功能、规模、环境、设备工作水头等情况，本着节约能源和方便操作的原则，采用紧凑、环保、方便、节能的布置方式和规范设计。
鉴于地处温热地带，多年平均气温16.3℃，多年平均相对湿度80.5%，多年平均风速1.0 m/s，水质优良，故不需使用特殊材料。水的供应，防腐采用环保材料。
当地震强度小于Ⅵ度时，按抗震规范的规定，可不予抗震计算。
闸的操作没有特殊要求，考虑到近几年来自动化程度的不断提高，除对溢流道工作闸采用远程集中控制外，各大闸没有设置远程控制，就为其预留了远程控制接口。
2下沉式闸门金属结构的设计与应用
该工程位于城市的中心城区，是一个涉及水利、市政、给排水等多方面的综合工程，属于城市内河水系，工程长度为3.5 km，宽10~30 m，深3.5 m，在水利工程布局上，主要包括引水渠系、过船设施、桥涵和提水泵站等。
水利工程对闸门设计的要求包括：满足功能需要，保持与周围景观的统一性，根据这一要求，在金属结构设计中，采用了下沉式闸门结构，具体应用为：在内河与外界水域的连接处，设置一个双通道的门机过船设施，部件包括4×100 kN单向门机，门机轨道与吊篮等，过船方式为垂直提升，即船舶进入吊篮后，由门机进行垂直提升和水平移动，到达指定位置后放下船舶，可在5~6 min内完成船舶通行。
船闸与闸机之间设有 U形滑道，滑道采用滑动式材料，进口处采用不锈钢，船闸沉降状态下，船闸顶部通过滑道进入内河出口，升降状态下，船闸开口封闭。该闸门材料为复合材料反弹性滑块，两个吊点采用后止水方式，门板、胸壁分别设计有一道止水，启闭方式采用液压式，避免过高排架对船舶通行造成不利影响。
3双节式闸门金属结构的设计与应用
其次，某一城市水利工程中，对闸门的功能要求主要有：城市堤坝、挡外河倒灌、提高泄洪能力、保持内河景观水位、改造成水环境等；在闸门设计中，选择5孔闸门，每孔净宽应达到12米，外河流量可达952m3/s；在运行要求方面，在汛期时，内河水位低于外河水位时，闸门需起到防洪倒灌的作用；内河水位超过外河水位时，闸门可快速排洪；在内河水位超过景观水位时，闸门开启可有效调节水位；另外，在闸门的设计中，还应考虑到安全、可靠和自动化程度高、操作简便等特点，便于实际应用；最后，从景观设计的角度出发，闸门金属结构不宜采用外露的闸门结构，不宜采用过高的启闭式排架，要综合考虑安全性、及时性、经济性等多方面因素，才能合理设计闸门金属结构。
为此，在本市水利工程中，采用了双节式闸门的金属结构设计，即由两节不同样式的闸门组成一个闸门，上节为翻板式，下节为竖直升降式，但均属平面滑动式钢闸门；而集成式液压启闭机配置则采用上节为摇摆式，下节为倒挂式。
本设计中，下节闸门的作用是双向挡水，主要是保持景观水位，对内河水位进行调节，一般情况下，下节闸门一直处于关闭状态，门顶可将某一高度以上的水分直接溢出，当需要进行内河排水时，需要打开下节闸门，加快排水速度；上节闸门外的河水具有单向防洪作用，防止倒灌，在大多数情况下，上节闸门需要打开，汛期要关闭。
这种闸门的金属结构设计具有以下优点：①通过两节闸门的组合，分别承担不同的作用，分工明确，互不影响；②在上节闸门的操作中，启闭机的配置可使闸门围绕门顶铰链完成90°角的旋转，完成垂直状态下的全开平状态，并与工作桥的地面平行，不影响闸门的景观；②在上节闸门的操作中，启闭机的配置可使闸门围绕门顶铰链完成90°角的旋转，完成全开平状态，并与工作桥的地面平行，不影响闸门的景观；③在下节闸门的顶部，通过液压缸的操作，将闸门插入，土建排架的高度适当降低；③在平常状态下，下节闸门处于关闭状态，高度低于挡水景观水位，并不会对闸门的景观特性造成影响；
本城市水工金属结构设计，根据其具体的汛期和非汛期的设计要求，通过对水工闸门的运行要求、工况等的分析，采用了两个闸门，上下两个闸门分别具有不同的结构形式，承担不同的功能，在实际应用中，可减少操作难度，便于管理，且能很好地满足城市水工工程对洪水灾害防治、景观维护等多方面的功能要求，应用效果将是非常理想的，对类似城市水工工程具有借鉴意义。
4 双扉式闸门金属结构的设计与应用
再一个，在某城市水利工程中，它的闸门是单孔敞开的，兼有防洪排涝和通航等功能，使用频率高，磨损严重，易发生安全事故。针对这一问题，在设计中，通过技术、经济等多种设计方案的比较，将其改造成了双副闸门平面钢闸门，该闸门也包含上下两个部分，但与双闸门不同的是，这两个部分在闸门型式、液压启闭机配置方式上保持一致，其中上闸门为活动胸壁，门顶可过水，当闸门关闭时，可起到保持景观水位的作用；当上游水量较大时，可通过门顶溢流调节水位；下闸门的作用是排出河道底部的淤泥等，使河道保持干净和深度。一般情况下，双门闸的双门闸均在水面以下，有利于保护城市水利工程的景观，这种闸门结构比较新颖、简单，自动化水平较高，水力启闭机安装在闸槽内，可减少高排水口，对城市水利工程起到积极作用。
5折叠式闸门金属结构设计与应用
在某一城市的水利工程中，采取了折叠式闸门，折叠闸门作为一种新型闸门，相对于传统闸门来说，它更具新颖性和独特性，其组成结构主要包括：门框、折叠门和多节液压缸，其中门框直接埋入钢筋混凝土结构中，永久固定，折叠门通过铰接器与门框连接，可自由转动，折叠闸门内部设有滑轮，与门框内滑道配合形成导轨，而多节液压缸与折叠闸门、闸门顶部分别连接，由液压缸驱动，完成折叠闸门的展开或折叠过程，闸门实现闭合和开启。
相对来说，折叠闸门具有启闭跨度大、成本低、施工简单、维护方便等优点，有效地解决了传统闸门存在的启闭速度慢、龙门架高度高、升降设备成本高及平衡性差、空间需求大、支座受力过大引起损坏而引起闸墩恢复不稳定等缺点，也解决了检测维修困难等问题。另外，折叠闸门还能减少水闸泄流过程中水流和闸门之间的共振，减少共振对闸门部件、紧固件和焊接等方面的不利影响，提高运用闸门的安全性。
在城市水利工程金属结构设计中，除应遵循防洪、排涝、景观维护等基本功能外，还应突破传统的限制，创新设计，提高设计的经济效益和社会效益，以推动城市水利工程建设的发展。
结语
综上所述，现代城市水利建设正处于快速发展时期。作为关系到水利工程正常运行的重要设施，加强对金属结构设计与应用的研究，根据水利工程的实际情况和功能要求，设计相应的金属结构，有很大的帮助有利于提高城市水利工程的综合效益。
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