闸门可靠度鉴定

11.3　闸门可靠度鉴定

闸门的可靠度应包括闸门的安全程度、适用程度和耐久程度。因此闸门可靠度鉴定，如前所说，根据闸门功能的极限状态和鉴定目的可分为安全性鉴定和可靠度鉴定两类。根据鉴定目的和要求可选择其中之一进行鉴定或两者均进行鉴定。

11.3.1　鉴定程序和内容

闸门在下列情况下可进行可靠度鉴定:闸门定期安全检查;超期服役的闸门尚须延长使用期;闸门在大修前须全面检查;为闸门维修改造制定计划所需的普查等。

可靠度鉴定一般程序如图11-1所示。

可靠度鉴定的主要步骤为:立项调查、检测调查和鉴定评级。

立项调查是按有关文件精神和要求，成立鉴定领导小组(委员会)，确定鉴定目的、范围和内容，提供与鉴定内容相关的资料。如被鉴定闸门的水利水电工程所在地、工程用途、江河流域地形图、流域面积、水文资料、水库库容、水电站装机容量、闸门的用途与规模、工程历史、工程已使用时间、闸门施工图纸、闸门使用观测记录、历次洪水记录、历次维修记录等，并到现场核对、调查了解闸门运行情况、自然环境、是否漏水和损伤，查看已发现的问题，听取有关人员的意见。然后，根据如下文件:①《当地水利工程闸门及启闭机安全检测与复核工程招标文件》;②《水库大坝安全评价导则》，SL258—2000，水利部;③《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》，SL101—94，水利部;④《水利水电工程闸门设计规范》，SL74—95，水利部;⑤《水利水电工程启闭机设计规范》，SL41—93，水利部;⑥《水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范》，DL/T5018—94，电力部;⑦《水利水电工程启闭机制造安装及验收规范》，DL/T5019—94，电力部;⑧《水利水电工程闸门及启闭机、升船机设备管理等级评定标准》，SL240—1999;⑨《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》，GB11345—89;⑩《起重机械安全规范》，GB6067—85;《黑色金属硬度及强度换算值》，GB/T1172—1999等，确定鉴定检测内容。进一步填写立项调查表，制定详细检测调查计划和实验大纲，确定检测方法、检测仪器设备，进行设备仪器的标定。

图11-1　闸门可靠度鉴定程序框图

在上述工作的基础上，便可进入检测调查阶段。检测调查是可靠性鉴定的基础，其目的是为闸门的质量评定，闸门的强度、刚度及稳定性验算和可靠度鉴定，以及后续的加固、改造与换新提供可靠的资料和科学的依据。闸门的检测调查内容如下:

1.巡视检查

检查闸墩、门槽、牛腿、门叶正、反面、水封橡皮、钢丝绳和连接件等部位是否有裂缝、锈蚀、剥落、老化、磨损、漏水等异常现象;检查闸门和启闭机及其附属设施是否完善与破损、电气控制系统能否正常工作。

2.闸门完整性检测

闸门完整性检测的内容主要是闸门结构外观形态检查和闸门结构表面腐蚀检测，以目测为主，辅以一些必要的量具。具体方法如下。

(1)闸门外观检查

外观检查主要是对闸门门体及其支承行走系统的外表形态进行检查，主要检查金属构件的变形、损伤、裂缝及脱落等。对有疑问处做好笔录和描述，并进行拍照或摄像。

(2)闸门门体锈蚀状况及构件厚度检测

闸门门体锈蚀状况检测的主要部位为门叶面板、主纵梁、主横梁、支臂等。结合测厚情况提供各构件的蚀余厚度、锈蚀面积、锈蚀深度和锈蚀分布状况等。

(3)构件及焊缝超声波探伤检测

闸门构件及主要受力焊缝(一、二类焊缝)采用超声波探伤检测。若闸门使用年限较长，其中一类焊缝检测20%以上，二类焊缝检测10%以上。超声波探伤按《钢焊缝分工超声波探伤方法和探伤结果的分级》进行。

3.闸门材料性质检测

运行时间不长的闸门一般不再进行材料性质检测。对于运行时间较长的闸门，在大坝安全定检中可以在闸门构件(面板、横梁、纵梁等)的非受力部位钻取屑样进行化学分析和硬度检测，确定材料的牌号，并对材料进行力学性能检测。

4.闸门静力、动力观测和结构的安全复核

(1)试验测点布置

根据鉴定目的及其他工程现场试验的经验，一般选定闸门主横梁及支腿(对弧门)控制截面上的控制点，作为应力位移测点位置。

(2)试验水位

由试验时现场实际水位确定。

(3)静应力测试

一般检查闸门主梁及支腿(对弧门)等部位的静应力和静位移;复核闸门结构的强度、刚度和稳定性。

(4)动力测试

①闸门主梁及支腿等部位的动应力。

②闸门在空气中的自振频率。

③闸门在水中的自振频率。

④闸门动力响应试验:

a.闸门从全关——开启——一定开度时的动应力、动位移及振动加速度的时程曲线及它们(动应力、动位移、加速度)在此开度时的最大值、最小值及均方根值。

b.闸门从全开——关闭——一定开度时的动应力、动位移及振动加速度的时程曲线及它们在此开度时的最大值、最小值及均方根值。

5.闸门应力复核计算

按照检测后的闸门现状(几何尺寸、材料性质等)进行应力验算。如弧门要求计算精度较高时，可用空间三维有限元计算;一般的平面闸门用平面有限元法计算即可。

(1)挡水状态下的闸门静应力和静位移计算，可用最大水头下的工况。

(2)闸门动态特性计算:

①闸门在空气中自振频率和振型的计算。

②闸门在设计水位下及不同开度时的自振频率和振型的计算。

6.启门力和闭门力的检测

(1)测定闸门实际挡水水头下的启门力、持住力、闭门力及闸门“全关——开启——一定开度”过程的启门力时程曲线和闸门“全开——关闭——一定开度”过程的闭门力时程曲线。

(2)找出最大启门力、最大持住力和最大闭门力;并由此推断闸门在设计水头下相应的启门力、持住力和闭门力。

7.水质检测

在闸门附近各取水样3种，检测水质的pH值、总酸度、总碱度、Cl^－、S^－、CO₂含量等指标，分析它们对闸门的不利影响。

对闸门检测调查后，进行资料整理、分析与验算。为了获得较准确的评定结果，在评审定级过程，对那些资料不全、不够充分的项目，应作补充检测调查。

鉴定评审的最后一项工作是撰写鉴定报告，报告的内容包括:闸门鉴定的有关概况，鉴定的目的、氛围和内容，检测调查的内容、分析与验算结果及鉴定结果，结论与建议，附页等。

11.3.2　鉴定评级层次与分级标准

闸门在设计时就已确保其运行时安全可靠、功能完好和经久耐用。但是，闸门经过多年运行后，由于管理人员的操作水平、保护维修、水质、空气、环境条件与使用频率等影响下，原闸门的安全可靠性，功能完好性和经久耐用性等也会发生变化。这个变化可通过现场闸门检测、室内试验和结构计算确定。因此，水工钢闸门可分为安全性、正常使用性(耐久性)和可靠性(度)三个方面鉴定评级。与土木工程建筑物相比，钢闸门的构造功能、材质等较简单，因此，我们建议水工钢闸门的鉴定评级只分为评定项目和评级单元两个层次，每一个层次分为四个安全性、可靠性(度)等级及三个使用性等级。这里所指的评定项目内涵较广，包括单个构件或局部结构及其他与评定单元有关的内容等。如把“检修规程及检修记录”作为评级单元，则“检修规程及其内容”就可当成评定项目。又如“止水装置”作为评级单元，则“止水密封性及漏水量”就可作为一个评定项目，等等。

评级单元是根据闸门的种类、构造、运行管理等内容划分的。每个评级单元可以独立地评级鉴定。如门体状况、行走支承装置、止水装置、闸门槽及埋设件、启闭机构、检修规程及检修记录、防腐蚀要求等都可作为闸门的评级单元。

鉴定评级是根据各评定项目的观察、检测调查和验算结果，按其等级标准确定单个项目内容、构件或局部结构的鉴定等级;然后，根据各评定项中的各项内容的评级结果，依其等级标准确定评级单元的等级。

11.3.2.1　安全性鉴定标准

闸门安全性鉴定的层次与等级关系如图11-2所示。

图11-2　安全性鉴定的层次与等级关系图

闸门评级单元(评定项目)的安全性鉴定一般包括承载能力、构造和不适于继续承载的位移(或变形)等的验算和检测。鉴定的4个等级标准如下:

Ⅰ_Ⅰ(A_Ⅰ)——评级单元(评定项目)的安全性完全符合规范的安全标准要求，承载力验算结果为R/γ₀ S≥1，具有足够的承载能力;闸门及其附件完好，各构件间连接方式正确，构造符合规范要求，无缺陷，工作无异常等。对于ⅠⅠ级单元(A_Ⅰ级项目)的闸门不必采取任何安全处理措施。

Ⅱ_Ⅰ(B_Ⅰ)——评级单元(评定项目)的安全性略低于规范的安全标准要求，承载力验算结果为:1＞R/γ₀ S≥0.95(一般构件为1＞R/γ₀ S≥0.90)，且尚不显著影响闸门的承载能力;闸门及其附件较完好，各构件间连接方式正确，构造符合规范要求，无缺陷，工作无异常，仅有局部表面缺陷等。一般情况下，此时的闸门不必采取任何安全处理措施，只有少数构件作适当的安全处理即可。例如启闭机系统中的钢丝绳表面有点断股，虽然暂时不影响使用，也应作适当修复处理。

Ⅲ_Ⅰ(C_Ⅰ)——评级单元(评定项目)的安全性不符合规范的安全标准要求，承载力验算结果为:(0.95＞R/γ₀ S≥0.90(一般构件为:0.90＞R/γ₀ S≥0.85)，且已显著影响闸门的承载能力;闸门及其附件尚完好，各构件间连接方式不当，构造有一定的缺陷(包括施工遗留缺陷)，构造或连接有些裂缝或锐角切口，焊缝、铆钉、螺栓有变形、滑移、松脱或其他损坏。此时应采取安全处理措施，对个别主要构件须立即采取安全性处理措施。例如止水橡皮严重老化、磨损、漏水厉害，必须更换新止水装置。

Ⅳ_Ⅰ(D_Ⅰ)——评级单元(评定项目)的安全性极不符合规范的安全标准要求，承载力验算结果为:R/γ₀ S＜0.90(一般构件为: R/γ₀ S＜0.85)，且已严重影响闸门的承载能力;闸门及其附件基本完好，但各构件间连接方式不当，构造有严重缺陷(包括施工遗留缺陷);构造或连接有较多裂缝或锐角切口，焊缝、铆钉、螺栓有变形、滑移、松动、脱落、剪坏、变形或其他损坏等。同时要注意，上述ⅠⅠ、ⅡⅠ、ⅢⅠ级中，当构件或连接出现脆性断裂或疲劳开裂时，就直接定为ⅣⅠ级。此时，必须立即采取安全处理措施。例如闸门体使用长久，主梁断裂，面板大面积锈蚀，已不好修复，必须更换新闸门。

此外，在闸门评级单元(评定项目)的安全性鉴定中还须考虑两个问题:一是不适于继续承载的位移(变形)评定;二是不适于继续承载的锈蚀评定。下面逐一予以介绍。

(1)刚度验算。主要验算闸门中受弯构件的挠度。对于实测验算结果，满足规范的刚度标准要求者，可评为A_Ⅰ或B_Ⅰ级;若实测验算的挠度超过规范的安全刚度标准要求，而又需要按不适于继续承载的位移(变形)进行评级，可按表11-1的规定评级。

表11-1　钢闸门受弯构件不适于继续承载的变形的评定

注:l₀为梁的计算跨度。

(2)锈蚀问题。当实测构件截面的锈蚀深度满足了规范的安全标准要求时，可评为A_Ⅰ或B_Ⅰ级;当锈蚀深度超过规范的安全标准要求，而又需要按不适于继续承载的锈蚀进行评级时，除应按锈后剩余截面验算其承载能力外，可按表11-2进行评级。

表11-2　钢闸门不适于继续承载的锈蚀的评定

此外，对受拉构件因锈蚀、截面减少超过原截面的10%，也应定为D_Ⅰ级。

11.3.2.2　正常使用性鉴定标准

正常使用性鉴定的主要依据是现场对闸门外观形态的调查和对闸门内部的仪器检测结果，同时需要结合检测结果进行验算分析，按现行标准和规范规定的限值进行评级。

钢闸门构件或整体的正常使用性鉴定主要包括位移和锈蚀两项检测内容。对闸门中的受拉(压)构件，尚应以长细比作为检测内容参与评级。位移主要是受弯构件的挠度(δ)。

钢闸门正常使用性鉴定的层次划分与安全性鉴定相同，也是从第一层开始，逐层进行评审，只是每一层只分为三个等级，层次与等级关系如图11-3所示。

图11-3　安全性鉴定的层次与等级关系图

闸门评级单元(评定项目)正常使用性鉴定的三个等级标准如下:

Ⅰ_S(A_S)——评级单元(评定项目)的使用性完全符合规范的使用标准要求:①受弯构件的挠度(δ)检测值标准如表11-3所示的A_S级要求;②锈蚀标准为面漆及底漆完好，漆膜尚有光泽;③构件的长细比检测值，符合表11-4所示的A_S级要求。此时闸门具有正常的使用功能，不必对闸门采取任何处理措施。

Ⅱ_S(B_S)——评级单元(评定项目)的使用性略低于规范的使用标准要求:①挠度检测值(δ)标准符合表11-3所示的A_S级要求;②锈蚀检测值标准为面漆脱落(包括起鼓)面积，对于普通钢结构不大于15%，对薄壁型钢和轻钢结构不大于10%，而底漆基本完好，但边角处可能有锈蚀，易锈部位的平面上可能有少量点蚀;③构件的长细比检测值符合表11-4所示的B_S级要求。此时闸门的使用功能尚未受到显著影响。一般情况下，对闸门也不必采取处理措施。但可能有少数构件需作适当处理。

Ⅲ_S(C_S)——评级单元(评定项目)的使用性不符合规范的使用标准要求:①挠度检测值(δ)标准如表11-3所示的C_S级要求;②锈蚀检测值标准为面漆脱落(包括起鼓)面积，对于普通钢结构大于15%，对薄壁型钢和轻钢结构大于10%，底漆锈蚀面积正在扩大，易锈部位可见到麻面状锈蚀;③构件的长细比检测值如表11-4所示的C_S级要求。此时闸门的使用功能已受到显著影响，对闸门必须尽快采取停止使用的处理措施。

表11-3　闸门受弯构件挠度的等级评定

注:l₀为梁的计算跨度。

表11-4　闸门构件长细比等级的评定

11.3.3　评级单元的可靠度评定

闸门的可靠度鉴定也是按评定项目和评级单元两个层次、四个等级进行。各层次评级是以该层次的安全性和使用性的评审结果为依据综合评定，评定的原则为:

(1)当该层次安全性级别低于Ⅱ_Ⅰ(B_Ⅰ)级时，就按安全性的等级确定。

(2)此外，可按安全性等级和使用性等级中较低一级确定。

(3)若需要考虑闸门的特殊性(如三峡船闸闸门)或重要性，可允许对所评定的结果作不大于一级的调整(上调或下调)。

如果不需要可靠度鉴定，直接提供各层次的安全性和使用性等级即可。

11.3.4　闸门的可修性

闸门的可修性评定，也是按评定项目和评级单元两个层次进行，每一层次分三个等级，三个等级的评定标准如下:

Ⅰ_K(A_K)——闸门中的评级单元或构件被评为Ⅰ(A)级，这些单元或构件易于加固、易于更换(如止水装置)，所涉及的相关构造问题易处理。修后易恢复原功能，且修复费用远低于换新闸门的费用，此种情况下闸门应该修复。

Ⅱ_K(B_K)——闸门中的评级单元或构件被评为Ⅱ(B)级，这些单元或构件稍难加固或更换，所涉及的相关构造问题也稍难处理。修后可恢复或接近于原功能，且所需的修复费用为更换新闸门费用的30%～70%。此种情况下，闸门也宜于修复。

Ⅲ_K(C_K)——闸门中的评级单元或构件被评为Ⅲ(C)级或Ⅳ(D)级，这些单元或构件难以修复或加固，所涉及的相关构造问题也难以处理，所需的修复费用为更换新闸门费用的70%以上者。这类闸门可修性差，一般情况下不宜再修复，应该换新闸门。

11.3.5　闸门与闸门构件的危险性鉴定

闸门或闸门构件的危险性就是闸门或闸门构件的最不安全性。因此，闸门或闸门构件的危险性鉴定的检测内容与闸门构件的安全性鉴定的检测内容基本相同。其危险性鉴定内容应包括:承载能力(含强度、稳定性等验算)、锈腐、磨损、老化、损伤、变形、构造与连接、行走与支承、止水等。重点应检查闸门面板、梁格系统中的主梁、弧门支臂、支铰、各构件间的连接节点的焊缝、螺栓、铆钉，止水橡皮、启闭机构中的钢丝绳、电机、传动系统等。

闸门与闸门构件的危险性主要表现在安全性鉴定等级中的第Ⅳ级，即

(1)承载力验算结果为:R/γ₀ S≤0.9。验算中应采用实测的构件截面(应扣除锈腐等因素造成的截面损失)、实测的钢材化学成分和力学特性。

(2)构件或连接件出现脆性断裂或疲劳开裂。

(3)构件或连接件中有裂纹或锐角切口，焊缝、铆钉、螺栓有拉开、脱落、滑移、变形、松动、剪切或其他损坏等严重损坏。

(4)潜孔式工作闸门与事故闸门的主梁的挠度大于l₀/750(l₀为计算跨度)，露顶式工作闸门的主梁的最大挠度大于l₀/600，检修闸门与拦污栅的主梁的最大挠度大于l₀/500，闸门中的次梁的最大挠度大于l₀/250。

(5)构件的锈蚀平均深度超过原构件截面的壁厚或板厚的10%，或对受拉构件因锈蚀使截面减少超过原截面的10%。

(6)受压主要构件的长细比λ大于120、次要构件的λ大于150、连接构件的λ大于200，受拉主要构件的λ大于200、次要构件的λ大于250、连接构件的λ大于350。

(7)各构件间的连接方式不当，构件有严重缺陷(包括施工遗留的缺陷)。

(8)闸门面板大面积锈蚀或主梁已断裂等。