2.1　平面闸门的水动力作用原理

研究闸门水动力荷载的主要目的是为了闸门启闭力的设计计算。从影响平面闸门启闭力的因素来看，主要有闸门自重、动水作用力、摩擦力及因启闭加速度引起的惯性力等。在闸门设计中，一般将启闭力进行力系分解为门体重力、门顶水柱压力、底缘上托力及下吸力、水平推力及摩擦力，在分析各项分力的特性和内在联系的基础上，根据力系平衡原理计算分析闸门的启闭力。

由于平面事故闸门一般匀速关闭，惯性力可以忽略，因此在闸门的动水关闭过程，闸门的闭门持住力与门顶水柱压力、底缘上托力（或下吸力）、摩擦力及门体重力等构成一个平衡力系，其作用原理及力系构成见图2.1，闸门动水关闭时的闭门持住力可表示为

图2.1和式（2.1）中各参数的代表意义如下。

（1）闸门门顶水柱压力Ws。当闸门采用下游面板止水型式时，闸门关闭过程中就在门顶形成水柱压力，从而增大闸门的闭门力；对于上游止水型式的闸门，当闸门处于大开度且门后为满流流态时，门井水位的存在同样在门顶产生一定的水柱压力。

（2）闸门底缘上托力Pt或下吸力Px。闸门底缘上托力或下吸力与底缘型式及门后水流转换过程相关。

1）对于仅有上游底缘倾角的闸门[图1.1（a）]，闸门启闭过程中底缘一般呈上托力荷载。

2）对于仅有下游底缘倾角的闸门[图1.1（c）]，闸门启闭过程中水流作用在底缘的水力荷载形式与门后流态转换相关，当门后为满流时呈上托力；当门后为明满流或明流时，由于底缘处水流分离、射流扰动及吸气影响，在闸门底缘上会转换形成下吸力作用，且下吸力大小与底缘脱流形态和补气是否充足相关。

3）当底缘设计为前后均为锐角组合型式时[图1.1（b）]，底缘上的上托力和下吸力需分开计算。

（3）闸门上、下游面板上的压力PHu、PHd及水平推力ΔPH。闸门上、下游面板上的压力PHu与PHd的差值为作用在闸门上的水平推力ΔPH，是计算闸门运行摩擦力的水力荷载，表达式为

（4）摩擦力T。闸门摩擦力主要指支撑行走系统（滚轮、链轮等）和止水水封摩擦两部分，在闸门水平推力荷载作用下，摩擦力的表达式为

式中：f为综合摩擦系数；θ为闸门门井与铅垂线夹角，闸门门槽铅直型式时θ=0°。

（5）闸门重力Gg。闸门结构自身的重力，有时会加以配重Gj，采用拉杆形式时还应计入拉杆重力。

（6）闸门门体内积水重力Gw。对于闸门空腹面板设计为开孔形式，在计算闸门闭门力时应考虑门体内积水重力。

（7）闸门竖向水压力ΔPv。为表征作用在闸门门体的竖向水力荷载，令闸门底缘上托力（下吸力）与门顶水柱压力的差值为沿门体的竖向水压力ΔPv，即

（8）闸门闭门持住力F。根据作用在闸门上的力系平衡式（2.1），闸门动水关闭过程中的闭门持住力可表示为

从闸门闭门持住力的构成来看，闸门重力一般情况下为已知，摩擦力主要是由闸门的材料特性和面板上的水平推力所决定的，因此作用在闸门上的各项水动力荷载是确定闸门启闭力的关键因素。