[发明专利]水控闸门锚固系统及方法

说明书

本申请是2014年7月18日的美国临时申请号为62/026,540的申请的国际阶段并要求其优先权。所述申请通过引用并入本文。需要注意的是，2015年7月18日是星期六，使得该专利申请提交于2015年7月20日。

技术领域

本发明涉及用于充气操作的底部铰接式水控闸门的锚固系统。这种闸门例如可以用于水存储、河流分流、水力蓄积、防洪、海水屏障、溢洪道控制等。

背景技术

现有技术的底部铰接式水控闸门包括：由上方的液压缸操作的闸门、由下方的液压缸操作的闸门、由延伸到支墩或墩台中的扭矩管操作的闸门、架空升降操作的闸门以及气动的底部铰接式闸门。

充气操作的水控闸门是众所周知的。现有技术包括欧伯梅尔等人的US4,780,024；亨利K·欧伯梅尔的5,092,707；亨利K·欧伯梅尔的5,538,360；亨利K·欧伯梅尔的5,642,963；亨利K·欧伯梅尔的5,709,502；欧伯梅尔等人的5,713,699。这种充气操作的水控闸门通常包括可充气气囊，用于与钢筋弹性铰链联合起来致动，以沿着闸门板的下边缘可枢转地固定每个闸门板。应当注意，前面的描述针对的是典型的闸门。其他示例例如可以位于封闭的管道内并且安装在倒置位置，其中，铰链在顶部，以便能够排出砂子，而不用控制砂子对铰链机构的阻碍。

根据上述现有技术的充气操作闸门需要锚固螺栓在围绕这些锚固螺栓的混凝土承受相应的水平载荷时，不仅承载垂直拉伸载荷，而且承载水平上游-下游方向上的剪切和弯曲载荷。

发明内容

本发明涉及一种改进的可充气气囊和折页片夹持和保持装置。

通常对于受重力载荷的结构来说，水控闸门中的应力与闸门高度成比例地增加，如果闸门的上述比例仅随高度变化的话。由于锚固螺栓与高度成比例以保持应力水平恒定，所以作为闸门系统的高度从3米增加到8米的结果，导致了较大的“直径对间距”比例，该比例例如导致重的大直径锚固螺栓、螺母和垫圈以及重磅夹持铸件。闸门系统的可长期服务性要求防止腐蚀。使用不锈钢锚固螺栓以及相关的螺母和垫圈的成本随着筑坝高度而增加。根据本发明，这些成本可以通过将锚固螺栓与水平载荷隔离而减少，使得不需要确定这些锚固螺栓尺寸来抵抗弯曲、以及在夹持铸件的枢转边缘与上游嵌件内的相应枢转表面之间的界面处传递夹持铸件和混凝土地基之间的水平载荷。根据本发明，通过为锚固螺栓-螺母-垫圈组件提供防腐蚀保护，可以进一步减少较高的闸门系统的附加成本，从而可以确保长的使用寿命，而不依赖于不锈钢的使用。对于中等规模的水控闸门(高达约3米)，可以适用类似配置。通常可以通过具有足够直径的锚固螺栓抵抗水平载荷来抵抗所产生的弯矩。在具有较高筑坝高度(例如，5至10米高)的水控闸门的情况下，提供具有足够直径的锚固螺栓是更困难和昂贵的，因此希望为通常主要是上游载荷以及偶尔是下游载荷的载荷提供与锚固螺栓分离的载荷路径。为水平载荷提供单独的载荷路径不仅消除了锚固螺栓中的不期望的弯矩，而且还有助于在锚固螺栓周围使用柔性或可压缩套筒，否则这些柔性或可压缩套筒可能不能承受所产生的横向压缩载荷。为水平载荷提供单独路径的另一个好处是，邻近空气气囊的对接端和折页片楔子组件的、相对薄的混凝土更不可能破裂。不设置用于锚固螺栓的套筒时，该混凝土的薄部分通常由于锚固螺栓在竖直方向上的弹性伸长而承受拉张应力。在没有单独的水平载荷路径的情况下，混凝土的该部分可能承受拉伸载荷，该拉伸载荷导致混凝土的该部分响应于下游方向上对闸门板的冲击载荷而破裂和剥落。上游/下游约束和具有套筒的锚固螺栓的独特组合大大降低了气囊和折页片楔子上游混凝土失效的可能性。可以通过例如优选为不锈钢结构的嵌入板或通道进一步防止该区域中的混凝土破裂或失效。所述嵌入板或通道可以有助于在混凝土浇注期间使各个锚固螺栓对齐，并且该嵌入板或通道优选地设置有孔以允许空气和水在混凝土浇注期间逸出、并且有利于根据需要添加混凝土以消除所述嵌入板或通道下方的任何空隙。

围绕锚固螺栓提供套筒还用于使通常在锚固螺栓附近的地基板中的拉伸应力最小化。当水平拉伸载荷由较高模量钢筋加以承担时，通过在混凝土中提供垂直压缩应力，可以在混凝土中建立三轴压缩应力状态。在混凝土中产生的三轴应力状态产生更好结构的地基，同时使裂纹最小化，以保护钢筋免受腐蚀。

在高闸门系统的情况下，高强度不锈钢锚固螺栓的成本可能高得无法接受。根据本发明，促进了对高强度热处理的合金钢锚固螺栓的使用，因为这种非不锈钢锚固螺栓可以容易地防止被腐蚀。