天津平面闸门系列等等维修与保养水闸，按其所承担的主要任务，可分为：节制闸、进水闸、冲沙闸、分洪闸、挡潮闸、排水闸等平面闸门按闸室的结构形式，可分为：开敞式、胸墙式和涵洞式（图1）。开敞式平面闸门水闸当闸门全开时过闸水流通畅，适用于有泄洪、排冰、过木或排漂浮物等任务要求的水闸，节制闸、分洪闸常用这种形式。胸墙式水闸和涵洞式水闸，适用于闸上水位变幅较大或挡水位高于闸孔设计水位，即闸的孔径按低水位通过设计流量进行设计的情况。胸墙式的闸室结构与开敞式基本相同，为了减少闸门和工作桥的高度或为控制下泄单宽流量而设胸墙代替部分闸门挡水，挡潮闸、进水闸、泄水闸常用这种形式。如中国葛洲坝泄水闸采用12m×12m活动平板门胸墙，其下为12m×12m弧形工作门，以适应必要时宣泄大流量的需要。涵洞式水闸多用于穿堤引(排)水，闸室结构为封闭的涵洞，在进口或出口设闸门，洞顶填土与闸两侧堤顶平接即可作为路基而不需另设交通桥，排水闸多用这种形式。
天津平面闸门系列等等维修与保养水闸由闸室、上游连接段和下游连接段组成（图2）。闸室是水闸的主体,设有底板平面闸门闸门、 启闭机、闸墩、胸墙、工作桥、交通桥等。闸门用来挡水和控制过闸流量，闸墩用以分隔闸孔和支承闸门、胸墙、工作桥、交通桥等。底板是闸室的基础，将闸室上部结构的重量及荷载向地基传递，兼有防渗和防冲的作用。闸室分别与上下游连接段和两岸或其他建筑物连接。上游连接段包括：在两岸设置的翼墙和护坡，在河床设置的防冲槽、护底及铺盖，用以引导水流平顺地进入闸室，保护两岸及河床免遭水流冲刷，并与闸室共同组成足够长度的渗径，确保渗透水流沿两岸和闸基的抗渗稳定性。下游连接段，由消力池、护坦、 海漫、 防冲槽、两岸翼墙、护坡等组成，用以引导出闸水流向下游均匀扩散，减缓流速，消除过闸水流剩余动能，防止水流对河床及两岸的冲刷。
平面闸门水闸关门挡水时，闸室将承受上下游水位差所产生的水平推力，使闸室有可能向下游滑动。平面闸门闸室的设计，须保证有足够的抗滑稳定性。同时在上下游水位差的作用下，水将从上游沿闸基和绕过两岸连接建筑物向下游渗透，产生渗透压力，对闸基和两岸连接建筑物的稳定不利，尤其是对建于土基上的水闸，由于土的抗渗稳定性差，有可能产生渗透变形，危及工程安全，故需综合考虑闸址地质条件、上下游水位差、平面闸门闸室和两岸连接建筑物布置等因素，分别在闸室上下游设置完整的防渗和排水系统，确保闸基和两岸的抗渗稳定性。开门泄水时，闸室的总净宽度须保证能通过设计流量。闸的孔径，需按使用要求、平面闸门闸门形式及考虑工程投资等因素选定。由于过闸水流形态复杂，流速较大，两岸及河床易遭水流冲刷，需采取X的消能防冲措施。对两岸连接建筑物的布置需使水流进出闸孔有良好的收缩与扩散条件。建于平原地区的水闸地基多为较松软的土基，承载力小，压缩性大，在水闸自重与外荷载作用下将会产生沉陷或不均匀沉陷，导致闸室或翼墙等下沉、倾斜，甚至引起结构断裂而不能正常工作。为此，对闸室和翼墙等的结构形式、布置和基础尺寸的设计，需与地基条件相适应，尽量使地基受力均匀，并控制地基承载力在允许范围以内，必要时应对地基进行妥善处理。对结构的强度和刚度需考虑地基不均匀沉陷的影响，并尽量减少相邻建筑物的不均匀沉陷。此外，对水闸的设计还要求做到结构简单、经济合理、造形美观、便于施工、管理，以及有利于环境绿化等。
天津平面闸门系列等等维修与保养的水利工程闸门较多地采用直升式闸门 布置，一般都设有较高的排架和启闭机房，与 周边的相比通常有突兀感． 随着我国社会经济 发展，水利工程建设需要与时俱进，保证使用功能 的同时也要考虑美观性，需要因地制宜地设计一些 新型的水利设施． 在一些沿江、环湖、环海地区经常有穿过防洪 堤的交通道路，穿堤路口必须设闸门以保证防洪设 施的连续性，这类闸的特点通常孔口跨度比较大、 闸门高度比较小、景观要求高，甚至还有其它要求． 的直升式闸门很难兼顾上述要求，底部驱动式 横拉闸门就是在这种背景下产生的一种新型闸门． 1 工程概述 兰溪市府前路旱闸工程位于城市堤防右侧、府江滨路和府前路均为城市主干道路，道路的路 面高程为31． 4 m; 防洪堤按 50 年一遇防洪建 设［1］，堤顶高程34． 64 m，防洪堤外侧观景平台高程 为31． 4 m，兰江常水位 23． 0 m，10 年一遇洪水位 31． 81 m， 20 年一遇设计洪水位32． 45 m， 50 年一遇 洪水位33． 15 m;江心岛上建有大型公园，是市民重 要的休闲场所，浮桥是通往江心岛屿公园的主 要通道;市民前往观景平台或江心岛公园需从防洪 堤顶绕行． 府前路旱闸工程的建设将防洪工程与河道景 观融为一体，在防洪基本功能的前提下，可改 善城区河道的生态，美化城市滨水空间的景 观． 本工程的新建能X保障城区防洪安全、 区域城市品味，闸门平时全开以府前路与观景 平台间的通行，汛期根据兰江洪水预报及时关闭闸 门以防洪要求2 闸门选型 府前路旱闸位于江滨路、府前路、浮桥的“十” 字交叉路，是市民通往江心岛公园的主要通道，同在闸门局部开启泄流情况下，闸门结构的振动 响应未出现大幅变化的不现象，为稳态振 动响应，其响应量X与水流作用成对应关系，即输 入激励的增大输出响应的增大。在闸门 小开度（2.2m、 2.1m、 2.0m、 1.9m、 1.7m、 1.6m、 1.5m） 泄水中，闸门振动能量分布较宽，未发生闸门 共振的迹象。 4.2.3 闸门振动应力变化特征水封构造形式不当引起的闸门自激振动在工 程上也经常出现。比如蒙城船闸上闸X水封漏水 引起的自激振动是比较典型的实例。 该闸门具有如下几方面特点：（1）上闸X闸门 采用下沉式弧形闸门，门后流态复杂多变，闸门经 历临门水跃、临界淹没水跃等水动力作用，容易诱 发闸门振动，一般在现代船闸中不采用类似门型。 （2）闸门底水封设置在面板底缘上方，采用山形止 水，变形区可能局部符合水封漏水后形成自激振动 的条件。（3）闸下经常出现临界出流流态，底缘下方 旋滚容易生成较大脉动压力荷载。当闸门下游水 位淹没下游底主梁时，淹没水跃对闸门底主梁产生 了向上的顶托水动力作用，底横梁开孔处出现向上 现象，由此造成了强烈振动。 闸门运行中出现两种不同的振动形态：闸 门处于关闭状态和开启中的振动。不同状态 的振动来源于不同的振源。闸门开启的振动 源主要来自以下两部分激励力作用：（1）闸门后临 门水跃或临界淹没水跃形成的脉动荷载对闸门结 构的冲击作用；（2）小开度闸下部不流动对闸 门结构的激励。闸门关闭挡水状态下出现强烈振 动的根本原因在于底水封漏水，现场观测显示，闸 门底缘存在漏水现象，沿着门宽方向漏水量分布也 不均匀，这种不均匀的漏水量是诱发闸门强烈振动的基本条件。 闸门结构的构造（包括和刚度分布）所形 成的结构低阶自振振型在一定程度上会被水 封漏水形成的动荷载激发，从而产生结构共振。 从闸门振动强度看，闸门全关挡水状态下的振 动量很大，闸门门体上部大位移约60mm，呈大 幅度状态。不仅对闸门结构本身造成很大危 害，而且对船闸其他建筑物及其周边居民住房安全 均产生严重威胁，必须采取措施予以解决。 引起闸门振动的原因是多方面的，涉及水动力 荷载、结构动力学及流固耦合相互作用问题，因此 在采取措施前需要进行闸门的水弹性振动试 验研究，搞清闸门漏水产生的水动力荷载特性，分 析研究结构的动力特性，考查导流板倾角对下游闸 室消能及闸门振动的影响。同时修改水封结构形 式，避免形成水封自激振动的条件。另外开展现场 振动观验，手资料十分必要，可以为 闸门结构的动力修改提供必要的依据。 1.2.4 闸门制造安装控制由近些年平面闸门应用状况可知，随着我国高坝大库不断涌现，泄水及引水建筑物闸门的工作水头越来越 高，不少事故平板闸门的操作水头已达 100m 以上［1 ～2］。高速水流条件下闸门动水关闭为强烈的水气两相 湍流流动，闸门底缘处容易发生脱流或分离，体型不佳时可能出现负压，容易引起闸门空化和启闭力，其水动 力学特性十分复杂。目前学者们［2 ～4］主要通过闸门水力模型试验，对众多工程的事故平板闸门动水关闭问题进 行研究，发现闸门区明满流交替流态，闸门底缘的上托力或下吸力的影响因素众多。因此，高速水流引起闸 门水流强烈紊动、水动力荷载难以准确把握及闸门空化等问题，已成为高水头闸门设计和应用的关键性技术难题 之一。 随着湍流数学模型理论及计算的不断发展，沙海飞［5］等曾对平板闸门动水开启非恒定流进行二维的模 拟分析;张瑞凯［6］等针对船闸反弧事故闸门，采用流动标点法和二维模型研究阀门区水流及水动力荷载，李 利荣等［7］采用 k － ε 模型和 VOF 法针对水力自动滚筒闸门进行三维数值模拟研究，这些研究成果为闸门水流数 值模拟提供了有益。因此，本文拟在某电站进水口事故闸门物理模型试验［3］的基础上，针对高水头平面闸 门开展非恒定三维水气两相流的数值模拟，分析闸门区流场及门体动水压力荷载的时空特性，并对影响闸门水动脉动X值，如表8所示，水压时程统计曲线如图9 所示。 表8 水压均值与脉动值统计结果 单位：水压均值统计 水压脉动值统计 图9 水压均值与脉动值统计曲线 通过对洞弧形工作闸门脉动压力结果 分析发现，闸门开度变化时，各测点的水压变化趋势 一致，且脉动压力数值与4个压力传感器的布置位 置相吻合。在闸门运行中，随着弧形工作闸门开 度的增大，压力脉动值逐渐变大，直至压力传感器离 开水面，压力脉动值跌落为0。当洞弧形工作闸 门闭门至4.5m开度时，在动水关闭洞平面定 轮事故闸门中，弧形工作闸门面板的压力脉动 X值不明显。 4 洞弧形工作闸门原型观验结论 通过对小湾水电站洞弧形工作闸门原型观 验数据的分析研究，可得出如下结论： （1）在试验库水位为 1236.3m时（初始状态闸 门不挡水），洞弧形工作闸门运动状态结构应力 大拉应力值发生在闸门2.7m开度时X50 号测点（通道7-8）上，即门叶左起X三纵梁翼板上， 下主梁上方X五梁格附近，竖向，值122.6MPa； 大压应力值发生在闸门0m开度时X6号测点试验结果表明，闸门结构振动量X总体趋势是随着闸门开度的增大而逐渐增强，闸门全开后由于门体承 受的水动力作用消失，而振动量X迅速减小。其中，闸门面板结构 3 个方向的振动量基本存在 Vρ ＞Vz ＞Vθ的 关系，且面板结构下部振动量X随闸门开度加大增势明显，中上部随开度变化趋势趋缓，各运行工况振动加 速度大均方根值分别为: 顺水流向( ρ 向) 为 0. 168 m/s2、横向( Z 向) 为 0. 129 m/s2、转角方向( θ 向) 为 0. 084 m/s2;支臂结构各方向振动量存在 Vz＞Vθ＞Vρ的关系，且支臂结构靠近面板部位振动量X随闸门开度加 大增势明显，靠近支铰部位振动量X随开度变化趋势趋缓且存在 Vθ＞Vz＞ Vρ的变化关系，各运行工况振动加 速度大均方根值分别为: 横向( Z 向) 为 0. 307 m/s2、转角方向( θ 向) 为 0. 310 m/s2、顺水流向( ρ 向) 为 0. 108 m/s2。在开度 n=6 ～8 m 范围内振动加速度出现峰值，因此需要避免长时间在该开度范围内运行，以 免造成结构疲劳损伤而。 从频谱分析可以看出闸门门叶结构振动主要集中在20 Hz 以内，其中X势在1 和17 Hz 左右。 支臂振动顺水流向( ρ 向) 主要集中在80 Hz 以内，其中X势在17 和57 Hz 左右;横向( Z 向) 及转角 方向( θ 向) 振动主要集中在20 Hz 以内，其中X势在1. 0 和17 Hz 左右。闸门振动位移特征 同样，在闸门模型上布置了5 个振动测点，以获取流激振动引起的闸门振动位移变化特性，采用 KD5018 双积分电荷放大器对闸门每个测点横向( z 向) 、顺水流向( ρ 向) 及转角方向( θ 向) 3 个方向的动位移量进行 了测量。数据的处理与振动加速度处理相同。振动测点的布置及闸门振动位移特性
