水控闸门的墩台板发明背景
1、技术领域
本发明涉及一种水控闸门的墩台板(abutmentplate)，尤其适于
控制河道和运河，特别地，其中，这样的闸门经受冰冻环境。
2、背景技术
超高分子量(UHMW)聚乙烯可以用作底部铰接式水控闸门的墩
台板。可以使用以例如1-2米宽的小尺寸而紧密间隔的螺栓通过松散安
装螺栓固定这样的(一体式)墩台板。螺栓的紧密间隔预防了墩台板
的热屈曲，然而，UHMW墩台板中各螺栓之间的间隙和各孔之间的间
隙允许墩台板相对下方结构进行限制的热运动。螺栓的间隙预防由于
墩台板的热尺寸改变而产生过度的应力。或者，可以用弹簧将UHMW
墩台板固定到混凝土墩台。弹簧的运动范围必然是受限的，因此通过
使用记忆弹簧，弹簧的运动范围就是墩台板可以被构建的最大尺寸。
在某墩台板损伤的情况中，弹簧的记忆体现了与替换墩台板有关的困
难。对于更大的闸门，所需的大尺寸墩台板需要更大的热运动空间，
该空间要比螺栓或弹簧能够提供的空间更大。
与本发明所述的包含条的那些墩台板相反，单一的大墩台板经受
因空间温度变化而产生的热应力。例如，墩台板的一部分可能浸入到
冰水中，而同一墩台板的其它部分在同一时间可能暴露在直射光下。
碳黑是用作墩台板的UHMW聚乙烯的优选填充物和加固物，因为碳黑
抵制紫外光(UV)老化，同时还吸收射入到融冰中的太阳光。根据本
发明所述，将墩台板分成条减轻了热应力，否则，这些热应力会在前
述情况中产生。
底部铰接式水控闸门可以被设计为在所有位置或只在完全升起的
位置处密封到墩台。如果存在间隙，则当闸门处于中间位置时，水生
碎屑会卡在该间隙中，并且随后会影响对闸门的移动的控制。因此优
选在闸门的所有位置处提供密封。这可以通过在闸门系统的每一跨度
的每一末端处所固定的墩台表面上配置光滑的墩台板而实现，所述闸
门系统与连接到相连闸板的相邻边的弹性密封相连。最常用的墩台板
为刚性固定到下方结构的不锈钢板，所述下方结构一般是混凝土墩台。
在寒冷气候下，不锈钢板因为其相当高的导热性，将热量从闸门系统
后的水传递给下游及闸门系统上方的冷空气，从而使得在闸门系统和
墩台板之间结冰。这些冰可能会越来越强地粘接到不锈钢墩台板，也
会粘接到可移动闸板上。这些冰妨碍了闸门所需的移动。不锈钢墩台
板的热膨胀系数与混凝土接近，并可以刚性固定到混凝土。为了防止
在不锈钢墩台板的连接处结冰，可以加热所述板，一般通过电加热器
的方式。用于加热的电流可能不是很好获取，并且为保持闸门系统在
整个冬季都可操作，所需的电量(kW-小时)一般是昂贵的。
一些发明人已经公开了各种不同的充气水控闸门。相应地，通过
引用方式将下述专利和专利申请并入本文：
US7422392水控结构
US7114879水控闸门以及致动器
US6196763软管的连接系统、伸缩接头及致动器
US5713699溢洪闸门系统及其充气囊
US5709502加固复合结构的连接系统
US5642963溢洪闸门系统
US5538360坝顶闸门操作系统
US5092707坝顶闸门操作系统
US4780024坝顶闸门
20090180835水控装置
20060072969水控装置
发明内容
超高分子量聚乙烯(UHMW聚乙烯)尤其适用于构建水控闸门墩
台板，因为它具有低导热率，体现了对冰的低粘附性，具有优越的抗
磨损性，体现了对橡胶闸门密封的低摩擦系数，它以最耐紫外光的形
式和颜色(黑色)响应于太阳照射而变暖。将UHMW聚乙烯用作墩台
板的主要挑战在于它具有比混凝土更高的热膨胀系数，还具有相当高
的杨氏模量。如果刚性固定到混凝土结构上，在极端温度下，UHMW
聚乙烯和混凝土的不同膨胀可能导致混凝土断裂。因此根据本发明所
述，UHMW聚乙烯以这样的方式连接到混凝土上：以两个自由度在墩
台表面的平面上相对于混凝土滑动。对于140华氏度的太阳直晒的夏
季温度以及大约零下的40华氏度的冬季温度，应当考虑75华氏度的
安装温度。这体现了大约100华氏度的总温度范围。基于11×10-5英
寸/英寸/华氏度的热膨胀系数，墩台板26.24尺(8米)的高度，夏季
极限温度和冬季极限温度之间的高度变化能够是4.85英寸。如果
UHMW聚乙烯墩台板被分成多块板(tile)，任一板的尺寸改变能够是
有限的，但会形成间隙，这些间隙会导致水泄漏并在闸门的下游结冰，
在闸门的下游结冰会阻碍所需的闸门的降低。极其必要的是，连接到
相邻墩台的闸板上的墩台密封是连续接合的并从底部到顶部与墩台板
形成连续的密封。
根据本发明优选实施例所述，在完全升起的闸门位置中，墩台板
被分成与墩台密封平行的条。在该配置中，通过在墩台板的背部使用
平行于所述条的T形槽可以调节每一个条的长轴上的热膨胀和收缩。
所述条例如可以是标准的商业通用的宽度，例如4尺。通过T形槽中
的间隙可以调节条宽方向上的热膨胀和收缩。在优选实施例中，沿着
条中心的T形槽提供有最小的横向间隙，以便相对于混凝土墩台固定
条中心线的横向位置，而离条中心线较远的T形槽则提供有与它们到
条中心线的距离成比例的横向间隙。例如，可以提供有5个T形槽，
其中，中心T形槽提供有最小的横向间隙，离中心最近的两个T形槽
提供有3/16″的间隙，而最外面的T形槽提供有3/8″的间隙。在进一
步实施例中，在4尺宽的条中可以提供有3个T形槽，其中中心槽具
有最小的横向间隙，而两个外侧T形槽具有3/8″的间隙。
根据本发明进一步方面所述，相邻墩台板条的相邻边缘可以是成
角度的，以便有助于防止水生碎片打磨墩台板条的上游边缘。
根据本发明进一步方面所述，各个条的下方边可以相对于混凝土
被固定。
根据本发明进一步方面所述，UHMW聚乙烯的最远的上游条的上
游边缘可以被夹住并密封到墩台上，以便挡住来自闸门系统上游的水，
防止其从混凝土墩台与UHMW聚乙烯墩台板之间的交界处流走。
根据本发明进一步方面所述，墩台板条的上方(热运动)边可以
用不锈钢支架包裹以便防止洪水期间对墩台板条的上方边的损伤。
根据本发明进一步方面所述，前述不锈钢支架可以是可移动的，
以便允许更换任一受损的墩台板条。
根据本发明进一步方面所述，可以使用导轨，例如不锈钢导轨，
衔接T形槽，从而牢固固定墩台板条。
根据本发明进一步方面所述，在埋入到混凝土中之前，可以通过
连接到导轨的间隔构件将导轨精确间隔开以形成组件。通过在不锈钢
角钢的一个腿的边缘上焊接不锈钢扁条可以构建所述导轨。间隔构件
可以是类似的不锈钢角钢。间隔构件可以延伸越过它们相应的墩台板
条以便搭接一个或多个相邻接墩台板条的导轨，从而提供了在本领域
中安装共面组件的便捷的方式，该共面组件在浇筑混凝土之前可以被
焊接或螺栓连接到一起。
根据本发明进一步方面所述，在混凝土浇筑过程中，可以通过斜
撑构件(diagonalbracingmember)使导轨组件和间隔构件保持对齐。
根据本发明进一步方面所述，在浇筑混凝土之前、优选在工厂中，
可以用诸如室温硫化(RTV)硅橡胶等的低模量填充物将导轨和墩台
板条之间提供的横向间隙填满。在该方式中，阻止了混凝土进入到T
形槽中，其中混凝土进入到T形槽中将会妨碍墩台板条的预期的自由
横向热膨胀和收缩。
根据本发明进一步方面所述，墩台板条例如可以提供为标准长度，
例如10尺，并且在浇筑混凝土之前端到端地被固定以便提供所需的长
度。这种固定例如可以是螺栓连接、咬合连接或现场焊接连接。
根据本发明进一步方面所述，导轨组件例如可以提供为标准长度，
例如10尺，并且在浇筑混凝土之前端到端地被固定以便提供所需的长
度。这种固定例如可以是螺栓连接、咬合连接或现场焊接连接。
根据本发明进一步方面所述，导轨例如可以由矩形不锈钢条构成，
例如通过纳尔逊钉(Nelsonstud)固定到墩台混凝土。可以在混凝土浇
筑过程中确定导轨的间隔，在该情况下用固定到纳尔逊钉的支架确定
导轨的间隔。
附图说明
图1为闸门系统和相关墩台板的局部正视图；
图2为墩台板与水控闸门及相关墩台密封的相邻部分的剖面图；
图3为墩台板上游夹具和密封装置的剖面图；
图4为非密封墩台板夹具的剖面图。
具体实施方式
参见图1，墩台板6a、6b、6c、6d和6e连接到混凝土墩台19。充
气的囊状物17b操纵闸板28，墩台密封2贴附到闸板28。墩台板条6a
的上游边缘通过夹具21和22被夹到混凝土墩台19。墩台板条6a、6b、
6c、6d和6e的剩余边缘由夹具23、25和25固定。除了本发明所示出
的这种水控闸门之外，本发明的墩台板还能广泛适用于各种水控闸门。
现参见图2，示出了墩台板组件的剖面图。导轨12a、12b、12c、
12d和12e将墩台板6b固定到混凝土闸墩19。间隙7、8、9和10根
据它们到中心轨12c的距离成比例变化，其中中心轨只需要提供最小
的间隙。导轨例如通过焊接被连接到间隔构件13，而间隔构件又被连
接到斜撑14。
现参见图3，夹具22将墩台板条6a固定到内嵌物(embed)31。
O形环33密封在墩台板条6a和内嵌物31之间。墩台板条6a可以在内
嵌物31和夹具22之间响应热应变而滑动。
现参见图4，夹具24将墩台板6固定到墩台19并保护墩台板6的
边缘免受流动的碎片或冰的损伤。
根据前述内容可以很容易地理解的是，本发明的基本理念可以以
多种方式体现。既涉及墩台的冰控技术又涉及装置，以实现适当的方
法。在本申请中，冰控技术作为本文描述的各种装置所实现的结果的
一部分以及作为所固有应用的步骤已经被公开了。它们仅仅是按照预
期和描述应用这些装置的自然结果。此外，虽然公开了一些装置，但
应当理解的是，这些装置不仅可以实现某些方法，而且可以以多种方
式变型。重要的是，对于前述所有内容，应当理解的是，所有的这些
方面都包含在本公开内。
包括在该PCT专利申请内的讨论意图用作基础描述。读者应当意
识到的是，具体的讨论可能没有明确地描述所有可能的实施例；许多
可替代实施例是暗含的。也可能没有充分解释本发明的一般性质，也
可能没有明确地示出各个特征或元件实际上是如何代表更多的功能或
更多的可选元件或等价元件。此外，这些被含蓄地包含在本公开中。
在以面向设备的术语进行描述的发明中，装置的每个元件含蓄地执行
功能。装置权利要求可能不仅包括所述装置，还可能包括方法或工艺
过程，以处理本发明和每个元件执行的功能。无论是说明书还是术语
都没有意图限制权利要求的范围，其中，权利要求将被包含在整个专
利申请中。
还应当理解的是，可以在不脱离本发明本质的情况下做出各种改
变。这些改变也含蓄地包含在本说明书中。它们仍旧落入到本发明的
范围内。包含所示出的明确实施例及各种暗含的可替代实施例的广泛
的公开、以及广泛的方法或工艺过程等都包含在该公开内，并且当对
整个专利申请起草权利要求时可以作为依据。应当理解的是，当申请
人基于该临时申请在后续寻求专利申请(在所要求的绝限前提交的)
时，这种语言变换和广范的权利要求将被实现。后续提交的整个专利
申请将会寻求与本申请人的权益内所认为的基础权利要求一样宽的审
查，且将被设计为得到单独地或作为整体系统覆盖了本发明多个方面
的专利。
进一步，本发明和权利要求的各种元件的每一个也可以以各种方
式实现。该公开应当被理解为包含了每个类似变型，可以是任一装置
实施例、方法或工艺过程实施例的变型，或者甚至仅仅是这些元件中
任一元件的变型。特别地，应当理解的是，由于该公开涉及本发明的
元件，每一元件的文字可以以等价的装置术语或方法术语表达——即
使只有功能或结果是相同的。这种等价的、更宽的、甚至更通用的术
语应当被认为包含在每一元件或行为的说明中。若希望做出该发明有
资格做出的、明确暗含的宽范围，这些术语可以被替换。但作为一个
举例，应当理解的是，所有的行为可以表达为执行该行为的装置或引
起该行为的元件。类似地，公开的每个实体元件应当被理解为包含了
该实体元件所促进的行为的公开。关于这个最后一方面，但是作为一
个举例，“预防冰粘附的装置”或“冰预防器”的公开应当被理解为
包含了“预防”行为的公开——不论其是否被明确讨论——，反之，
如果有效地公开了“预防”行为，这种公开应当被理解为包含“预防
器”和“用于预防的装置”的公开。这种改变和可替代术语被理解为
明确地包含在本说明书中。UHMW聚乙烯是特定的，因为在撰写该申
请时，它在北美是极易获取的。在不脱离本发明的情况下，其它低热
导率和低冰粘附的耐磨材料根据其可用性、性能和价格可以被替换。
专利、公开或本申请中涉及的其它参考文献通过引用合并于此。
此外，对于所使用的每个术语，应当理解的是，除非其在本申请中的
应用与类似的解释不一致，否则对于每个术语和所有的定义、可替代
术语和通过引用方式合并于此的第二版兰登书屋韦氏足本词典
(RandomHouseWebster′sUnabridgedDictionary)中包含的同义词，应当
理解为其传统词典定义和常用词典定义合并了。最后，所有列于根据
临时专利所述的通过引用方式合并的参考文献列表中的、或本申请所
提交的其它信息声明中的参考文献被添加在此，并通过引用合并于此，
然而，对于上述每一个，在某种程度上，通过引用合并的类似信息或
声明可能被认为与该/这些发明的专利不一致，那么，这种声明明显认
为不是本申请人作出的。
因此，应当理解的是，申请人至少要求：i)如本文所公开和所
述的各个输入装置，ii)所公开和所述的相关方法，iii)这些装置和
方法中的每一个的类似的、等价的、甚至暗含的变型，iv)那些实现
了所公开和所述的、暗含实现了的所示出的各个功能的可替代设计和
方法，vi)如单独的和独立的发明所示出的各个特征、组件和步骤，
vii)通过所公开的各种系统或组件改善后的申请，viii)由类似系统或
组件形成的结果产品，ix)大体上如上文所公开的并参考任一附加实
施例的方法和装置，x)所公开的各元件的各种组合和排列，xi)从属
于所陈述的各个或每个独立权利要求或理念的各个可能的从属权利要
求或理念，xii)如上述所述的借助计算机或在计算机上执行的工艺过
程，xiii)如上述所述的可编程装置，xiv)用数据编码的计算机可读存
储器，以指挥包含具有上文所述功能的装置或元件的计算机，xv)按
照本文公开和描述而配置的计算机，xvi)如本文所公开和所述的单独
的子程序和程序、或组合的子程序和程序，xvii)所公开和所述的相关
方法，xviii)各个这些系统和方法的类似的、等价的、甚至是暗含的变
型，xix)实现了如所公开和所述示出的各个功能的那些可替代设计，
xx)实现了所示的各个功能的、暗含实现了的所示出的各个功能的那
些可替代设计和方法，xxi)如单独的和独立的发明所示的各个特征、
组件和步骤，xxii)上述各项的各种组合和排列。
还应当理解的是，出于实用性原因并为了避免潜在地增加数百个
权利要求项，申请人最终陈述了只具有原始相关的权利要求。应当理
解，在新法规(包括但不限于欧洲专利公约123(2)和美国专利法
35USC132或其它类似法规)下，存在所要求程度的支持，以允许将某
一个独立权利要求或理念下所陈述的任意各种从属权利要求或其它元
件添加为其它独立权利要求或理念的从属权利要求或元件。进一步，
根据传统的权利要求解释，如果本文中使用了传统词组“包括”、或
者当本文使用传统词组“包括”时，它将为“开放性”权利要求、且
将用于维持“开放性”权利要求。因此，除非上下文需要，否则应当
理解的是，术语“包括”或类似“包括”、“包含”的变型意图暗示
包括规定的元件或步骤或元件组或步骤组，但不排除任意其它的元件
或步骤或元件组或步骤组。这类术语应当以其最广泛的形式进行解释，
以便为申请人提供法律上允许的最宽的范围。