专利名称：拱顶形闸门的结构及其制造方法
假定把一根理想的中空圆管(曲率半径r)垂直地插入水中，管中无水，在同一深度上，管子的侧面受到的压强是均匀的(假定是t)，水把管子的侧面均匀地往中心挤，要是在管子侧面任意位置沿轴线开一个纵剖面，就能发现，纵剖面上只有两旁来的挤压力，没有剪切力和拉力，而一般材料，承受挤压力的性能总是比承受切力和拉力的性能好得多，所以圆管可以承受巨大的水压，只要半径r和压强t不变化，管子各纵剖面的挤压力(应力)是一样大的，例如，假定管子直径(2r)是35米，压强t＝38.8吨每平方米，设想用两个水平面在管子上截取一米长的一段，再把一米长的一段分成相等的两部分，则每部分两端的应力都在切线方向，长度都一样(假设为T)，对应力T有贡献的只是各处水压力在T方向的分量(t×r×1×Cosφ×dφ.φ为该处的力和T的夹角)，将它们积分，得有效总面积为2r×1＝35平方米，于是2T＝t×2r×1＝38.8×35＝1358(吨)，T＝679吨。
见
图1，假定AB直线段的长度为18米，压强t＝110吨每平方米，这时候的半径应当是r＝9×1.414214＝12.7279米，应力T＝12.7279×110＝1400.07吨，它在图中水平方向的分力(14)和垂直方向分力(15)都是大约1400/1.4142＝990吨。
拱顶型闸门(1)是一个拱顶和一块平板相结合的结构(图2和3)，在此例中其横剖面(图3的b-b剖面)是一段90的弧和一条直线相连，拱顶部分从上至下的横剖面，都是这种形状，不同的是直线AB的长度有变化，之所以采取这样的形状是为了减少图3中AB直线和AB弧所围区域的面积，也就是减少拱顶型闸门所受的浮力，此例中拱顶型闸门最大宽度为18米高度24米，它最大受到约750吨的浮力，所以其本身重量不宜小于750吨，此例中拱顶型闸门最大约承受33000吨的水压力(能把3000吨船只一举提升113米)，按前面计算，在最大跨度处(18米)，一米宽的横条两端的挤压力约有1400吨，它有两个分量，一个是垂直于AB直线(15)的，另一个是平行于AB直线(14)的，两者在此都是约990吨，垂直于AB直线的990吨(15)会通过贴合面传递到闸口(2)上，闸口是贴在隧道(10)口混凝土表面的一圈特定形状的厚钢板，目的是使压力分散开和保护混凝土表面，此例中闸口的周长约有66米，如果其平均宽度为0.5米，则每平方厘米混凝土承受100公斤，平行于AB直线的990吨力(14)表面为拱顶型闸口边沿承受的剪切力，假设横条的宽度为一米，即100厘米，如果有10厘米纵深的钢承受这990吨，就是每平方厘米的钢承受0.99吨的剪切力，同样，如果AB直线部分是5厘米厚的钢板，就是每平方厘米的钢承受1.98吨的拉力，AB弧部分要承受1400吨的挤压力，如果也是5厘米厚的钢板，就是每平方厘米的钢承受2.8吨的挤压力。
拱顶型闸门(1)是平行于闸口(2)和沿水阻力小的方向水平移动的，由安装于牛腿(6)和承重桥(5)上的承重与移动装置(4)来带动它，悬挂装置(3)使拱顶型闸口有一点活动余地，以使拱顶型闸门能与闸口紧密贴合，至少四个接引泵(7)起两个作用一是防止拱顶型闸门在巨大水压的推动下猛然冲向闸口使之损坏，这时接引泵要先伸出把拱顶型闸口接住，然后慢慢地收回，使拱顶型闸门慢慢地压到闸口上;二是当拱顶型闸口需要打开时，水的巨大吸附力可能把它粘住打不开，这就需要用接引泵把它顶开，然后立即缩回，拱顶型闸门和闸口的贴合面也需要很好的公差配合，下游闸门(11)起两个作用一是打开时把水放干可使整个闸口和竖井型通道(9)露出水面便于日常维修，二是调节水位使船只过闸口时在最佳高度。
权利要求
1.一种拱顶与平板相结合的闸门，这种结构为该拱顶型闸门提供了承受巨大水压的能力；
2.如权利要求1所述的拱顶型闸门，其特征是这种拱顶型闸门与闸口相配合，构成一个可以启闭的通航道口;
3.如权利要求1所述的拱顶型闸门，其特征是其拱顶部分自上至下的横剖面都是圆弧形;
4.如权利要求1所述的拱顶型闸门，其特征是由“承重与移动装置”带动它水平移动，并且是沿着平行于闸口和在水阻力小的方向移动，以利于快速启闭该拱顶型闸门;
5.如权利要求4所述的“承重与移动装置”，其特征是它包含有一个悬挂装置，这个悬挂装置容许拱顶型闸门有小的活动余地，以利于拱顶型闸门和闸口紧密相贴;
6.如权利要求2所述的闸口，其特征是闸口外围安装有至少四台接引泵，这些接引泵用于防止拱顶型闸门在水压的作用下撞击闸口，并保证拱顶型闸门能顺利地开启。
全文摘要
一种拱顶与平板相结合的闸门，1拱顶型闸门，2闸口(与该闸门相配合构成可启闭的通航道口)，3悬挂装置(使该闸门能紧贴闸口)，4承重与移动装置(带动该闸门平行于闸口和沿水阻力小的方向水平移动)5，承重桥，6牛腿，7接引泵(防止该闸门撞击闸口和利于开启)，8坝体，9竖井型通道，10下游航道(隧道)，11下游闸门(把水放干利于日常维修，调节水位使船只在最佳高度通过闸口)，12上游闸门，13上游航道。
文档编号E02B7/20GK1101390SQ9410153
公开日1995年4月12日 申请日期1994年3月7日 优先权日1994年3月7日
发明者张良生 申请人:张良生