第八章 平面钢闸门
第一节 概述
一、闸门的类型
闸门的类型较多，一般可按闸门的工作性质、设置部位及结
构形式等加以分类。
1、按闸门的工作性质可分为,
工作闸门、事故闸门、检修闸门和施工期导流闸门。
2、按闸门设置的部位可分为,
⑴ 露顶式闸门：设置在开敞式泄水孔口，当闸门关闭孔口挡
水时，其门叶顶部高于挡水水位，并需设置三边止水。
⑵ 潜孔式闸门：设置在潜没式泄水孔口，当闸门关闭孔口挡
水式，其门叶顶部低于挡水水位，需要设置顶部、两侧和底缘
四边止水。
3、按闸门的结构型式和构造特征可分为,
⑴平面形门叶钢闸门：系指挡水面板形状为平面的一类钢闸门。
根据门叶结构的运移方式又可分为：直升式平面闸门、升卧式
平面闸门、横拉式平面闸门（船闸中采用）、绕竖轴转动的平面形闸门
（如船闸中的人字门和一字门）及绕横轴转动的平面形闸门（如翻版闸门、
舌瓣闸门和盖板闸门）等。
⑵弧形闸门：系指挡水面板形状为圆弧形的一类钢闸门。又可分为绕横轴
转动的弧形闸门（如正向弧形闸门、反向弧形闸门和下沉式弧形闸门）和
绕竖轴转动的立轴式弧形闸门（如船闸中的三角门）等。
本章主要介绍直升式平面钢闸门。
二、闸门的型式和孔口尺寸
三、闸门结构设计的基本要求
1,闸门结构的计算方法
, 水利水电工程钢闸门设计规范, （ SL74-95）规定钢闸门结构采用容许
应力法进行结构验算。
2、结构分析方法
⑴ 按平面体系设计法：可采用手算，简单易行，但不太精确。
⑵按空间体系设计法：可采用有限元法（ FEM）分析，较合理。
平面钢闸门的工程实例
平面链轮式钢闸门
人字形钢闸门的工程实例
弧形钢闸门的工程实例
第二节 平面钢闸门的组成和结构布置
一、平面钢闸门的组成
平面钢闸门是由活动的门叶结构、埋固构件和启闭机械三
部分组成。
（一）门叶结构的组成
门叶结构是用来封闭和开启孔口的活动挡水结构。由门叶承
重结构、行走支承以及止水和吊具等组成。
1、平面钢闸门的承重结构
平面钢闸门的承重结构，一般由钢面板、梁格及纵、横向联
结系组成。
⑴面板 是用来挡水，直接承受水压并传给梁格。面板通常
设在闸门的上游面，这样可以避免梁格和行走支承浸没于水中
而积聚污物，也可以减小因门底过水而产生的振动。
⑵梁格 由互相正交的梁系（水平次梁（包括顶、底次梁）、
竖立次梁、主梁和边梁等）所组成，用来支承面板并将面板传
来的全部水压力传给支承边梁，然后通过设置在边梁上的行走
支承把闸门上的水压力传给闸墩。
⑶ 横向联结系（又称竖向联结系） 布置在垂直于闸门跨度方
向的竖直平面内，以保证闸门横截面的刚度,使门顶和门底不
致产生过大的变形。其主要承受由顶梁、底梁和水平次梁传来
的水压力并传给主梁。其形式主要有实腹隔板式和桁架式。
⑷纵向联结系（又称门背联结系或起重桁架） 布置在闸门
下游面主梁（或主桁架）的下翼缘（或下弦杆）之间的纵向竖
直平面内，承受闸门部分自重和其它竖向荷载，并可增强闸门
纵向竖平面的刚度；当闸门受双向水头时还能保证主梁的整体
稳定性（当闸门承受反向水头时，主梁下翼缘受压）。
2、行走支承
平面钢闸门的行走支承（又称支承移动部件）应保证既能
将闸门所受的全部水平荷载安全地传递给闸墩，又应保证闸门
能沿门槽上下顺利移动，并减小闸门移动时的摩擦阻力。
行走支承包括主行走支承（主轮或主滑块）、侧向支承
（侧轮）及反向支承（反轮）装置三部分。
3、止水 系为了防止闸门漏水而固定在门叶周边的橡胶止水。
4、吊具 系用来连接闸门启闭机的牵引构件。
（二） 埋固构件
平面闸门的固定埋设部件一般包括：⑴ 主轮或主滑道的轨
道，简称主轨；⑵侧轮和反轮的轨道，简称侧轨和反轨；⑶止
水埋件，顶止水埋件简称门楣，底止水埋件简称底坎；⑷门槽
护角、护面和底槛，用以保护混凝土不受漂浮物的撞击、泥砂
磨损和气蚀剥落。
闸门挡水时所受的水压力在闸门上的传力路径,
水平次梁
水平水压力 面板 （齐平连接时） 竖立次梁 主梁
边梁 主轮（或主滑块） 主轨道 混凝土闸墩
应熟悉闸门结构的传力路径，以掌握闸门各种构件的
受力情况并能正确确定各承重构件的计算简图。
（三）闸门的启闭机械
常用的闸门启闭机有卷扬式、螺杆式和液压式三种。它们
又可分为固定式和移动式两类。启闭机的型号和选用详见, 水
电站机电设计手册, （金属结构●二）的介绍。
二、平面钢闸门的结构布置
布置内容,确定闸门上需要设置的构件、每种构件需要的
数目以及每个构件的所在位置。应统筹考虑、全面安排并进
行必要的方案比较后最终确定。
（一）主梁的布置
1,主梁的数目
主梁是闸门的主要承重部件。主梁的数目主要取决于闸门
的尺寸和水头的大小。平面闸门按主梁的数目可分为双主梁
式和多主梁式。建议当闸门的跨高比 L/H≥1.2时，采用双主梁；
而当闸门的跨高比 L/H≤1.0时，采用多主梁。在大跨度的露顶
式闸门中常采用双主梁。
2、主梁的位置
主梁位置的确定应考虑下列因素,
⑴主梁宜按等荷载要求布置，可使每根主梁所需的截面尺寸
相同，便于制造；
⑵主梁间距应适应制造、运输和安装的条件；
⑶主梁间距应满足行走支承布置的要求；
⑷ 底主梁到底止水距离应符合底缘布置的要求。
对于实腹式主梁的工作闸门和事故闸门，一般应使底主
梁的下翼缘到底止水边缘连线的倾角不应小于 30。 （图 8-3、图
8-4），以免启门时水流冲击底主梁和在底主梁下方产生负压，
而导致闸门振动。当闸门支承在非水平底槛上时，该角度可适
当增减，当不能满足 30。 要求时，应对门底部采取补气措施。
部分利用水柱闭门的平面闸门，其上游倾角不应小于 45。,宜
采用 60。 （见图 8-3）。
如图 8-4,双主梁式闸门的主梁位置应对称于静水压力合
力 P的作用线，在满足上述底缘布置要求的前提下，两主梁的
间距 b宜尽量大些，并注意上主梁到门顶的距离 C不宜太大，一
般不超过 0.45H，且不宜大于 3.6米。
多主梁式闸门的主梁位置，可根据各主梁等荷载的原则确
定。具体做法有 图解法和数解法 两种。下面按数解法进行介绍。
假定水面至门底的距离为 H，主梁的数目为 n，第 k（ k=1，
2,…, n）根主梁至水面的距离为 yk，对于露顶门（图 8-5a）
有 （ 8-1）
对于潜孔式闸门（图 8-5b）有
（ 8-2）
式中 a---水面至门顶止水的距离。
])1k(k[n3 H2y 5.15.1k ???
])1mk()mk[(mn3 H2y 5.15.1k ??????
22
2
aH nam ??
（二）梁格的布置型式
梁格的布置应考虑钢面板厚度的经济合理性和梁格制造省
工等要求，尽量使面板各区格的计算厚度接近相等，并使面板
和梁格的总用钢量最少。闸门的梁格布置可分为以下三种型式。
⑴简式梁格 （图 8-6a）在主梁之间不设次梁，面板直接支承在
主梁上，面板上的水压力直接通过主梁传给两侧的边梁。
⑵普通式梁格 （图 8-6b） 由水平主梁、竖立次梁和边梁组成。
⑶复式梁格 （图 8-6c）由水平主梁、竖立次梁、水平次梁和边
梁组成。 普通式梁格和复式梁格的面板均为四边支承板。
（三）梁格连接型式
如图 8-7所示，梁格的连接型式有如下三种型式。
⑴齐平连接 即水平次梁、竖立次梁和主梁的前翼缘表面齐平，
都直接与面板相连，又称为等高连接。
⑵降低连接 即主梁和水平次梁直接与面板相连，而竖立次
梁则离开面板降低到水平次梁下游，这样水平次梁可以在面板
与竖立次梁间穿过而成为连续梁。
⑶ 层叠连接
即水平次梁和竖立次
梁直接与面板相连，主
梁放在竖立次梁后面。
由于该连接型式使得闸
门的整体刚度和抗振性
能有所削弱，且增大了
闸门的总厚度，故在平
面闸门中现已很少采用 。
（四）边梁的布置
边梁的截面型式有单腹式（图 8-8a）和双腹式（图 8-8b）两种。
单腹式边梁 构造简单，
便于与主梁相连接，但
抗扭刚度差，这对于闸
门因弯曲变形、温度胀
缩及其它力作用而在边
梁中产生扭转的情况是
不利的。单腹式边梁主
要用于滑道式支承的闸
门。
双腹式边梁 的抗扭刚
度大，也便于设置滚轮
和吊轴，但构造复杂且
用钢量较多，截面内部
的焊接也较困难。双腹
式边梁广泛用于定轮闸
门中。
第三节 平面钢闸门的结构设计
一、钢面板的设计
面板的工作情况及承载能力,
对于四边固定支承的面板（图 8-9），根据理论分析和实验
研究，在均布荷载作用下最大弯矩出现在面板支承长边的中点 A
处。但是当该点的应力达到所用钢材的屈服点 fy时，面板的承载
能力还远远没有耗尽，随着荷载的增加，支承边上其它各点的
弯矩都随之增加，而使面板上、下游面逐步达到屈服点，此时，
面板仍然能够承受继续增大的荷载。试验表明，当荷载增加到
设计荷载（ A点屈服时）的（ 3.5~4.5）倍时，面板跨中部分才进
入弹塑性阶段。这说明面板在
使用过程中有很大的强度储备。
因此，在强度计算中，容许面
板在高峰应力（点 A）附近的
局部小范围进入弹塑性阶段工
作，故可将面板的容许应力 [σ]
乘以大于 1的弹塑性调整系数 α
予以提高。
（一）初选面板厚度 t
钢面板是支承在梁格上的弹性薄板，在静水压力作用下，
面板的应力由两部分组成：一是局部弯曲应力，即矩形薄板
本身的弯曲应力；二是整体弯曲应力，即面板兼作主（次）
梁翼缘参与梁系弯曲的整体弯应力。 初选面板厚度时，由于
主（次）梁的截面尚未确定，面板参与主（次）梁的整体弯
应力尚未求得，故面板的厚度可先按面板支承长边中点 A的最
大局部弯曲应力强度条件初步计算（如图 8-9所示）
][t/apk6/t1 M 222m a xm a x ?????????
][
kpat
????
（ 8-3）
式中,k—弹性薄板支承长边
中点（ A点）的弯应力系数。
p –面板计算区格中心的水压
力强度 p=γhg=0.0098h (MPa);
h—区格中心的水头,(m)
a,b---面板计算区格的短边和长边的长度 (mm),从面板与主
(次 )梁的连接焊缝算起 ;
α---弹塑性调整系数,当 b/a≤3时,α=1.5; 当 b/a＞ 3时,α=1.4。
[σ]---钢材的抗弯容许应力（ Mpa）
对于普通式和复式梁格支承的面板的支承情况实际上为双向
连续板，根据试验研究，面板的中间区格在水压力作用下，其
在各支承边上的倾角均接近于零，故为简化计算，中间区格可
当作四边固定板计算。对于顶、底梁截面比较小的顶、底部区
格,
因面板在刚度较小的顶梁和底梁处会产生较大的倾角，接近于
简支边，故顶、底区格按三边固定另一边（顶或底边）简支的
矩形板计算。
钢面板厚度的计算需与水平次梁间距的布置同时进行。
因钢面板的重量占闸门总重量的比例较大，为节约钢材，钢面
板宜选用较薄的钢板，但考虑锈蚀余量要求，一般不应小于
6mm，通常可取（ 8~16） mm。
（二）面板参加主（次）梁整体弯曲时的强度计算
在初步选定面板厚度，并在主（次）梁截面选定后，考虑到面
板本身在局部弯曲的同时还随主（次）梁受整体弯曲的作用，
则面板为双向受力状态。故应按第四强度理论验算面板的折算
应力强度。
⑴当面板的边长比 b/a＞ 1.5，且长边 b沿主梁轴线方向时（图 8-
10（ b）），只需按下式验算面板 A点在上游面 的折算应力,
（ 8-4）
式中 σmy= ky ·p a2/ t2 σmx=μ·σmy,μ=0.3； 其余符号极其注
解见讲义内容。
][1.1)()( x0mxmy2x0mx2myzh ???????????????
⑵ 当面板的边长比 b/a≤1.5或面板长边方向与主（次）梁垂直时
（图 8-11），面板在 B点下游面的应力值（ σmx+σ0xB）较大，这时
虽然 B点下游面的双向应力为同号（均受压），但还是可能比 A点
上游面更早地进入塑性状态，故应按下式 验算 B点下游面 在同号平
面（压）应力状态下的折算应力强度,
（ 8-5）
式中 σ0xB---对应于面板验算点（ B点）主梁前翼缘的整体弯曲应
力。考虑整体弯应力沿面板宽度分布不均影响后，可按下式计算：
σ0xB=（ 1.5ξ1-0.5） M/W （ 8-6）
ξ1---面板兼作主（次）梁前翼缘工作的有效宽度系数，见表
][1.1)()( xB0mxmy2xB0mx2myzh ???????????????
（ 8-1）。式（ 8-6）的适
用条件为 ξ1≥1/3；
其它符号及意义见讲
义具体解释。
（三）面板与梁格的连接计算
当水压力作用下面板弯曲时，由于梁格之间相互移近受到约
束，在面板与梁格之间的连接角焊缝将产生垂直于焊缝方向
的侧拉力。经分析计算，每毫米焊缝长度上的侧拉力可按下
面的近似公式计算,
Nt=0.07tσmax （ N /mm2） （ 8-7）
式中 σmax ---厚度为 t的面板中的最大弯应力,σmax 可取 [σ]。
此外，由于面板作为主梁的翼缘，当主梁弯曲时，面板与
主梁之间的连接角焊缝还承受沿焊缝长度方向的水平剪力，
主梁轴线一侧的角焊缝每单位长度内的剪力为 T，则,
T=V.S/2I
因此，面板与梁格连接角焊缝的焊脚尺寸 hf可近似按下式计
算,（ 8-8）
[τfw ]-----角焊缝的容许剪应力。
面板与梁格的连接焊缝应采用连续焊缝，通常 hf不宜小于
6mm。
])[7.0/(TNh wf22tf ???
二、次梁设计
（一）次梁的荷载与计算简图
1、梁格为降低连接时次梁的荷载和计算简图
对于降低连接梁格（如图 8-12），竖立次梁为简支在主梁上
的简支梁，而水平次梁为支承在竖立次梁上的连续梁。
水平次梁承受均布水压力荷载，水压力荷载作用范围按面板
区格的中线来划分，则水平次梁所受的均布荷载为,
q=p（ a上 +a下 ） /2 （ N/mm） （ 8-9）
竖立次梁则承受
水平次梁支座反
力传来的集中力
R。
2、梁格为齐平连接时次梁的荷载和计算简图
如图 8-13为梁格齐平连接，水平次梁和竖立次梁同时支承着
面板。面板传给梁格的水压力，按梁格夹角的平分线来划分各
梁所负担的水压力作用范围。
水平次梁的计算简图,⑴当水平次梁为在竖立次梁处断开后
再连接于竖立次梁时，水平次梁为简支梁；⑵当采用实腹隔板
兼作竖立次梁时，水平次梁为连续穿过实腹隔板预留的切孔并
被支承在隔板上的连续梁。 水平次梁的荷载集度 q同式（ 8-9）,
计算简图分别如图 8-13（ d）、（ b）所示。
竖立次梁为支承在
主梁上的简支梁。作
用荷载有三角形分布
水压力荷载 q上 和 q下 及
水平次梁的支座反力
传来的集中力 R。
（二）次梁的截面设计
次梁一般受荷不大，常按轧成梁设计。计算步骤如下,
⑴按上述次梁的计算简图计算次梁的最大内力 Mmax,V。
⑵按梁的弯应力强度条件求所需的截面模量
Wreq=Mmax/[σ] （ 8-11）
根据此截面模量和满足刚度要求的最小梁高 hmin，选合适型钢。
⑶截面验算
]w[
EI1 0 0
ql
w
][
tI
SV
][
W
M
4
m a x
w
m i n
m a x
???
??
?
?
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????
式中符号见教材
说明。
当次梁直接焊接于面板时，焊缝两侧的面板在一定的宽度
（有效宽度）内可以兼作次梁的翼缘参加次梁的抗弯工作。
面板参加次梁工作的有效宽度 B可按下面两式计算的较小值
取用,
①考虑面板兼作梁受压翼缘而不至失稳而限制的有效宽度,
（ 8-15）
②考虑面板沿宽度上应力分布不均而折算的有效宽度（图 8-15）
B=ξ1.b
或 B=ξ2.b （ 8-16）
式中 b=（ b1+b2） /2
ξ1,ξ2 --有效宽度系
数,ξ1用于正弯矩
区,ξ2用于负弯矩
区。可查表 8-1。
y
l f
235t302bB ???
三、主梁设计
（一）主梁的形式
主梁是平面钢闸门中的主要受力构件。根据闸门的跨度和水头
大小，主梁可采用实腹式或桁架式。跨度小水头低的闸门，可
采用制造方便的 型钢梁 ；对于中等跨度的闸门（ 5~10m）常采用
实腹式组合梁,为缩小门槽宽度和节约钢材，也常采用变高度
的主梁（图 8-16）；对于大跨度的闸门，则宜采用 桁架式主梁，
以节约钢材。
（二）主梁的荷载和计算简图
主梁为支承在闸门边梁上的单跨简支梁。当主梁按等荷载原则
布置时，每根主梁所受的均布荷载集度为,
q=P/n （ kN/m） （ 8-17）
P-----闸门单位跨度上作用的总水压力（ kN/m）
n-----主梁的数目。
如图 8-16（ a），主梁的计算跨度 L为闸门行走支承中心线之间的距
离，即 L=L0+2d （ 8-18）
L0----闸门的孔口宽度,d=（ 0.15~0.4） m（如图 8-16（ a））
如图 8-17，主梁的荷载跨度 L
1等于两侧止水间的距离。
当侧止水布置在闸门的下
游面而面板设在上游面时，
闸门侧向水压力将对主梁
产生轴向压力 N。
当主梁采用桁架式时，可将水压力化为节点荷载 P=qb（ b为桁架
的节间长度），然后求解主桁架在节点荷载作用下的杆件内力
并选择截面。但对于直接与面板相连的上弦杆，应考虑面板传
来的水压力对上弦杆引起的局部弯曲而按压弯构件选择截面。
（三）主梁设计特点
⑴对于钢闸门的主梁，考虑到其除
承受闸门水平水压力而产生水平弯曲
外，其下翼缘兼作纵向联结系的弦杆,
还需承受一部分闸门自重产生的应力。
故按主梁的水平水压力荷载产生的内
力选择截面时，可按 0.9[σ]计算。有
关计算公式如右所示,
⑵当主梁直接与面板相连时，部分面板可兼作主梁上（前）翼
缘的一部分参加其抗弯工作。面板的有效宽度取下列两式的较
小值：, B=ξ1b
式中 bl -为主梁的上翼缘宽度,b--为每根主梁承受荷载面的宽度。
⑶主梁的刚度、整体稳定和局部稳定的验算见第五章内容。
0w
0
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四、横向联结系和纵向联结系的设计
（一）横向联结系
横向联结系（竖向联结系）的作用, 承受水平次梁（包括顶、
底梁）传来的水压力，并将其传给主梁。当水位变更等原因而
引起各主梁的受力不均时，横向联结系可均衡各主梁的受力并
且保证闸门在横截面的刚度。
横向联结系的布置,应对称与闸门的中心线，一般布置 1~3道，
数目宜取奇数，间距不宜超过 4~5米，并通常按等间距布置。
横向联结系的型式,应根据
主梁的截面高度、间距和数
目而定。主要有实腹隔板式
和桁架式两种。如图 8-19和
图 8-20所示。
实腹式隔板的计算简图如
图 8-18（ a）所示，通常可按
图 8-18（ b）所示简化计算。
横隔板的截面设计, 横隔板的应力一般都很小，其尺寸可
按构造要求及稳定条件确定，隔板的截面高度与主梁的截面
高度相同，其腹板厚度一般采用 8~12mm，前翼缘可利用面板
兼作而不必另行设置；后翼缘可采用扁钢，宽度取（ 100~200）
mm，厚度取（ 10~12） mm。为减轻门重，可在隔板中间弯应
力较小区域开孔，但孔边需用扁钢镶固（图 8-19（ b））。
横向桁架是支承在主梁上的双悬臂桁架，其计算简图如图
8-20所示。上弦杆为闸门的竖立次梁，一般为压弯构件，腹杆
及下弦杆为轴心受力构件。可分别按第四、六章内容计算。
（二）纵向联结系
纵向联结系位于闸门各主梁后翼缘之间的竖平面内。其主要作
用是：承受闸门上的竖向力（闸门的自重、门顶的水柱重以及门
底的下吸力等）；保证闸门在竖向平面内的刚度；并与主梁和面
板构成封闭的空间体系以承受偶然的作用力对闸门引起扭矩。
纵向联结系多为桁架式（图 8-21）。可按支承在闸门两侧边梁
上的简支平面（ 当主梁高度改变时为折面 ）桁架计算。闸门的自
重 G可根据闸门的重心位置按杠杆原理分配给上下游面的面板和
纵向联结系。然后再将分配来的竖向荷载（ G1=G× c1/h）均匀地
分到桁架节点上 P1=G1/n。从而计算各个杆件内力并选择杆件截面。
五、边梁设计
支承边梁是位于闸门两边并支承在滑块或
滚轮等行走支承上的竖向梁。 其主要承受由
主梁等水平梁传来的水压力产生的弯矩，以
及由纵向联结系和吊耳传来的门重和启闭力
等竖向力产生的拉力或压力。
边梁的工作条件为：当闸门关闭挡水时为
压弯构件；当闸门开启时为拉弯构件 。 边梁
的截面尺寸通常按构造要求确定，然后进行
强度计算。如图 8-8和图 8-22，边梁的截面高
度与主梁的端部截面高度相同，腹板厚度为
8~14mm，翼缘厚度应比腹板加厚 2~6mm；单
腹式边梁的下翼缘一般由布置滑块或滚轮的
要求决定，不宜小于 200~300mm；双腹式边
梁常用两块下翼缘，每条下翼缘可分别采用
宽度为 100~200mm的扁钢做成。两块腹板之
间的距离不宜太小，以便于腹板施焊和安装
滚轮，不应小于 300~400mm。
第四节 平面钢闸门的零部件设计
一、行走支承
（一）胶木滑道
（二）滚轮支承
（三）平面钢闸门的导向装置 ------侧轮和反轮
二,止水装置
