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1 承船厢的总体布置
承船厢是升船机的重要组成部分。承船厢长48.5 m，宽16.3 m，高4.4 m，有效水域尺寸按1×250 t级船舶尺寸即长38.5 m，宽10.8 m，水深(1.8±0.1)m，承船厢总成由厢体及安装在承船厢上的附属结构及机电设备等组成，共计有：
(1)液压调平系统及附属设备；
(2)纵向导向装置；
(3)横向导向装置；
(4)顶紧装置；
(5)液压夹紧装置；
(6)锁锭装置；
(7)承船厢消防设施；
(8)承船厢检测装置；
(9)承船厢两端卧倒闸门及2台2×160 kN液压启闭设备；
(10)承船厢排水设施；
(11)承船厢系缆装置；
(12)承船厢侧向护舷(防撞)装置；
(13)数据采集及处理系统；
(14)承船厢内部、对外交通设施；
(15)承船厢供电及通信电气设备；
(16)承船厢维护检修设备。
承船厢自重465 t，载水深度为1.8 m标准水深时，船厢内载水重为965 t，承船厢总重1 430 t。承船厢在空气中升降速度为0.19 m/s，在水中升降速度为0.03 m/s，最大行程为68.5 m。
2 承船厢结构布置与主要技术参数
2.1 承船厢结构布置
承船厢是升船机容船设备的主体结构，是升船机主要组成部分。承船厢结构的主要特点为长凹槽形的组合薄壁钢结构。主体结构布置采用2个单腹板工字型截面的主纵梁；21个倒T型截面的主横梁；主纵梁和主横梁形成框架梁格体系。根据主提升机布置方案，在承船厢每侧的主纵梁上翼板分别设置有10组共32个吊耳，吊耳主板由与之相应位置的主纵梁腹板直伸穿过其上翼板组成。吊耳主板直接与主纵梁腹板连成整体，结构受力明确。承船厢的21个倒T型断面的主横梁，其两端分别与主纵梁焊接，在主纵梁内侧及主横梁上铺设U形钢板形成凹槽，并与承船厢两端的卧倒式闸门一起组成容水箱体。为了增加U形铺板的局部强度，在铺板的底部和两侧，沿承船厢长度方向共布置15根角钢作为小纵梁，小纵梁与铺板焊接，并穿越间距为2.23 m(或2.25 m)的主横梁，它贯通横梁腹板，以主横梁为支座，形成多跨连续梁。主纵梁上翼板铺设宽为2.75 m的铺板，与主纵梁上翼板焊接成工作平台及设备安装平台。当承船厢两端的卧倒式闸门关闭时，工作平台与卧倒式闸门顶主梁腹板组成环形通道，作为运行维护人员的交通通道。承船厢侧壁在水深1.8 m以上，工作平台以下55 mm范围内用1根贯通船厢全长的护舷木保护，以防护船舶的
侧向撞击和挤压。当船舶进出承船厢时，卧倒闸门向承船厢中部方向卧倒，闸门卧倒后必须保持通航水深，因此，在承船厢结构布置时，在离船厢上下游端面的门框3.61 m处设一凹槽，以容纳闸门的门体体积。在船厢纵向中心线2.1 m处的承船厢上最大水深处各开1个共4个Φ350 mm的孔，容纳卧倒闸门的缓冲装置。为了便于承船厢检修时排水，必要时也兼作排沙和调整厢内水深用，分别在Φ350 mm孔的下面装设有排水闸阀装置。为了避免承船厢因停靠位置的误差而造成厢内水深超高，沿承船厢两侧壁在离开正常水深(1.8 m)的水面以上(即船厢内中部理论最低点1.89 m)0.9 m(孔的中心线)处各开22个400 mm×80 mm(长×宽)溢水孔，同时兼作船厢出入水时补(排)气用。此外，在承船厢两侧的底部还各设置一道平台式通道，供船厢本身维护和安装设备使用。同时在承船厢的主纵梁、主横梁腹板分别设有若干个补(排)气孔，以消除因船厢出入水而产生的部分浮力和下吸力。在主纵梁腹板及主纵梁腹板外侧装设纵、横向导向装置、顶紧装置、夹紧装置以及锁锭装置等部位的结构局部加肋以增加其强度和改善结构的应力状态。
2.2 承船厢主要技术参数的选择
承船厢两端各设有卧倒式钢闸门1扇。承船厢的有效水域尺寸按1×250 t级船舶外形尺寸和试验成果以及拟建工程类比得出；承船厢外形尺寸是根据主提升机设备的布置，综合考虑承船厢的交通、设备安装、维护和本身强度要求等因素后，确定其外形尺寸。经过计算其强度、刚度(小于1/1 500)满足要求，再综合考虑承船厢的载水水深、厢内水深的安全超高，以及由于两端布置卧倒式钢闸门所需要的容门体积凹槽等诸多条件，最终确定为厢高4.4 m。承船厢在正常载水深1.8 m以上的安全超高为0.6 m。
3 主纵梁、主横梁截面型式的确定
3.1 主纵梁截面型式的确定
主纵梁截面型式除由强度、刚度、稳定条件确定外，对于船厢下水(湿运)方案，主纵梁采用单腹板还是双腹板(箱型梁)，以承船厢体型设计时考虑厢体体型设计要合理，出入水过程中应使浮托力尽量减小，为此，在设计中采用单腹板主纵梁，在满足强度要求下，尽量减少主纵梁下翼缘板宽度。若主纵梁采用双腹板截面，将会大大增加浮托力。
3.2 主横梁截面型式的确定
主横梁截面除由强度、刚度、稳定条件确定外，关键是其截面型式。由于垂直升船机采用带水船厢作为过坝船舶的载体，主横梁截面既要满足强度条件，又要迎合船舶外部的形状和要求。承船厢中部主横梁(19根)的截面形式是否合理，将直接影响到船厢的出入水过程及附加载荷的大小。出入水瞬间应使附着力与浮托力尽量减少，且过渡平缓，为此，承船厢中部19根主横梁水平段为不等高结构，梁中至梁端呈直线变化，梁中高度2.0 m，梁端高度2.2 m。主横梁两侧段的内侧及水平段顶面设计呈U形，转角处半径R500 mm。在满足强度要求下，尽量减小主横梁的下翼缘宽度。
4 承船厢计算假定与主要成果
承船厢计算假定，由于承船厢有2个对称轴，利用其结构的对称性，则可取四分之一船厢来计算。作用在承船厢上的主要荷载是水压力，其次是其上的附属设备。附属设备载荷占整个船厢的载荷比例较小，主要是考虑水压引起的荷载。承船厢所承受的水压力是沿着图1所示的途径传递的。
根据承船厢结构的传力途径，除铺板按四边固定巨型弹性薄板受均布荷载计算以及小纵梁按多跨连续梁计算外，主纵梁结构及主横梁结构采用平面结构体系，用结构力学方法进行了应力分析和计算。鉴于承船厢结构复杂，了解其结构的变形趋势与应力分布规律，对于确保结构安全确有必要。因此委托武汉水利电力大学，采用空间有限元方法对承船厢进行结构计算和应力分析。
4.1 主纵梁计算假定
假设各钢丝绳受力后伸长相等，各吊点用活动铰支座来模拟，主纵梁取一半对称轴处用滑动支座分开。
主纵梁上的荷载主要是主横梁传来的荷载，按超静定结构计算(用弯矩分配法)得到各截面的弯矩、剪力。最大拉应力为10.6 MPa。最大压应力为9.7 MPa，由电算按第1、2次计算出的最大拉应力为20.7 MPa(与结构力学计算的不在同一截面和同一位置)。二者均比材料容许应力小得多，结构是安全的，而且验证了计算假定的正确性。
4.2 主横梁计算假定
主横梁为一开口的凹槽形结构，两侧板受到侧向水压力作用，它的上部自由，下端固定在底横板上，主横梁可按简支梁计算。
在承船厢的两端卧倒闸门凹槽处，主横梁的高度最小，仅1.2 m高，为主横梁截面产生最大正应力的位置。中部主横梁均为2.0 m高。两种主横梁截面的主要成果见表1。
表1 主横梁截面计算主要成果表
主横梁高H
m
强 度
MPa
刚度fmax/l0
σmax
τmax
1.2
101.7
23.4
1/557
2.0
68.70
31.0
1/923
从上表结果可以看出，卧倒闸门处主横梁最大拉应力为101.7 MPa。电算结果为69.7 MPa。承船厢中间部位的主横梁最大拉应力为68.7 MPa。电算结果为49.8 MPa。可见主横梁的计算假定是合理的。施工设计中，在承船厢上下游端的结构部位各增加4块纵向肋板，使主横梁、卧倒门框的局部应力有所降低。
5 补(排)气系统布置与计算
5.1 补(排)气系统布置
补(排)气系统布置是否合理和补(排)气是否充分。直接关系到承船厢出入水时受到的浮托力与下吸力的大小，其平稳性直接影响平衡重配置、主提升机零件强度计算及主机电动机容量大小。因此，减少承船厢出入水时的浮托力与下吸力对主机强度设计与电机容量选择颇为有利。在承船厢设计时，要考虑出入水过程补(排)气顺畅，尽量保证其平稳运行和不至于因补(排)气不足而产生附加荷载，为此，承船厢结构的梁格布置设计充分考虑补(排)气系统的需要，例如，在承船厢中部的19根主横梁上，在满足强度及局部稳定性的前提下，每根主横梁腹板上分别设Φ700 mm的补(排)气孔6个，长1800 mm，宽700 mm的长圆形补(排)气孔2个，在离船厢底部3.8 m处的两主纵梁腹板上各设有一排直径为300 mm的通气孔，共44个，同时开设在主纵梁腹板上的4个长圆形1800 mm×500 mm(长×宽)的进入孔也兼作补(排)气孔。布置在承船厢底部的9根小纵梁也设计有R30 mm的半圆形补(排)气孔若干个，在承船厢两端的8根纵向肋板，每根肋板上设有3个1600 mm×600 mm(长×宽)的长圆形补(排)气孔。设置在承船厢两侧壁的44个400 mm×80 mm(长×宽)溢水孔，也起到对船厢底部补(排)气的作用。
5.2 补(排)气孔面积的计算
根据承船厢出入水升降速度为0.03 m/s；取承船厢中部7块横向隔板(主横梁)之间的区域计算，其补(排)气面积(即厢底接触水面积)F=2.24×16.3×6=219.072 mm2，通气量Qa=219.072 m2×0.03 m/s=6.57216 m3/s，7根主横梁设有Φ700 mm的补(排)气孔共42个，每个补(排)气孔的面积为a=πd2/4=π×0.72/4=0.3848 m2，所以补(排)气孔的风速为Va=Qa/a=6.57216/(0.3848×42)=0.41 m/s,满足设计要求。据南京水利科学研究院水工研究所“广西岩滩升船机整体模型试验研究总报告”第六节总的结论和建议中写到“岩滩升船机采用船厢入水、部分平衡的型式，从试验结果看，在承船厢出入水过程无明显的拍击力和吸附力，也没发现气泡的形成和排放，说明船厢底部轮廓、通气孔的尺寸和布置设计合理”。由此可见，升船机承船厢补(排)气系统布置、计算是成功的。
6 卧倒闸门的布置与结构
在承船厢的上下游两端分别设置10.8 m×2.4 m—2.48 m卧倒式闸门各一扇。当卧倒闸门关闭时，与船厢中部凹槽组成容船水体。卧倒闸门为一平面钢闸门，闸门布置有3根焊接工字梁，闸门水压力由中下主梁承担，上主梁为布置防撞装置而设置，并承担防撞装置传来的荷载。为了减少承船厢与上闸首工作大门之间的间隙，闸门面板布置在外侧，面板与上闸首工作闸门之间的距离为100 mm。在闸门顶部距承船厢标准水深水面0.8 m处设一对防撞装置，防撞装置的设计荷载按250 t级船舶以0.5 m/s速度撞击力设计，防撞装置内设有缓冲橡皮吸收其动能，并起到保护闸门的作用。卧倒闸门底部设2个转动支铰，按静定结构计算。每扇卧倒闸门由1台液压启闭机操作，容量为2×160 kN，液压启闭机通过拐臂与闸门底部的铰轴相连接。当卧倒闸门关闭时，上主梁腹板与承船厢工作平台组成矩形通道。
7 结语
岩滩升船机是目前国内唯一一座船厢下水型式升船机。承船厢为长凹槽形的组合薄壁钢结构，结构复杂，孔洞较多，给设计提出了新的课题和带来一定的难度，在结构布置中不但要充分考虑结构的安全性。而且还考虑其经济合理性。为适应船厢出入水过程减少浮托力与吸附力，对船厢结构布置采取了一系列措施。原型测试成果表明，船厢与上闸首对接，止水情况良好，船厢出入水运行平稳，厢内水面波动很小，主机钢丝绳受力较均匀，这充分说明了船厢结构与布置设计是合理的。
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