水工弧形钢闸门动力不稳定性研究
浅析水工闸门振动稳定性
浅析水工闸门振动稳定性摘要：水利工程中闸门的安全、稳定、正常工作对于整个水利枢纽的运作至关重要，水工闸门在启闭过程中或局部开启时, 常发生振动, 其中大振幅不稳定性振动或自激振动直接影响闸门的安全运行。
在大振幅不稳定性振动或自激振动作用下闸门的支臂丧失稳定性是大多数失事闸门因振动而破坏的主要原因。
因此本文讨论水工闸门振动激励和稳定性类型, 总结了平面闸门、弧形闸门、水力自控闸门等各类闸门的振动稳定性研究成果, 分析了振动失稳机制及各类失稳型式相互关系,进而对闸门的动力特性分析和动力稳定性研究现状进行综述, 提出进行弧形闸门动力稳定性分析的思路和方法。
关键词：振动稳定性平面闸门弧形闸门自激振动一、动力失稳的特征表现动力失稳的特征表象是出现比较强烈的简谐振动. 但出现较强的简谐振动不一定是动力失稳, 而有如下4种可能情况: (1)简谐迫振力的频率和系统的自振频率非常接近, 出现通常说的共振状态, 但不是动力失稳；(2)干扰力的频带较宽,无明显峰值, 近似截断白噪声, 结构阻尼较小且基频在干扰力频谱范围内, 这时也会出现较强的类简谐振动, 但它不是通常意义下的共振, 更不是动力失稳；(3)自激振动,这是系统中存在负阻尼,且在微幅振动时负阻尼大于结构阻尼, 出现发散的单频振动,由于结构阻尼的非线性, 在某一状态建立新的平衡, 形成简谐振动, 这是动力失稳；(4) 参数共振, 当受压杆件的脉动系数大于结构阻尼, 且干扰频率和自振频率满足一定关系时也会出现发散的单频振动, 并在某一平衡状态形成简谐振动, 这也是动力失稳. 一般而言, 第一种情况易于识别, 第二种情况常易和后两种情况混淆。
而通常说的动力失稳是指后两种情况。
自激振动的特征是系统存在负阻尼。
二、闸门的振动激励和稳定性类型闸门振动的原因来自两个方面, 其一是水流动力作用, 其二是闸门结构刚度不够。
水流与结构是相互作用的两个系统, 水流动力使结构变形, 而结构变形又改变流场, 使水流动力发生变化, 它们间的这种相互作用是动态的, 常常是非线性的, 这给研究闸门振动带来极大困难。
水工弧形工作闸门结构动特性研究
第４ ２卷
２ｌ ０ １年第 ４期
水 工 弧形 工 作 闸 门结 构 动 特 性研 究
兰 文 改 ，赵 新 铭 ，唐 咏 ，骆 少泽
（ ．华北 水利 水 电学 院 土 木 与 交通 学 院 ，河南 郑 州 ４ ０ １ ；２ １ ５ ０ １ ．南京航 空航 天大 学 土 木 工程 系 ， 江苏 南 京 ２ ０ １ ；３ １０ ６ ．南京 水利 科 学研 究 院 ，江 苏 南 京 ２０２ ） １０ ９
ｇ ｔ ｓ ｓｕ ｉｄ ｂ ｈ ｔ ｏ ｆｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌｍｏ ａ ｎ ｌ ｓｓ ａ ｄ ＡＮＳ ｎ ｔ ｌ ｍｅ ｔｍｅ ｈ ｄ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅｙ ａ ｅ ｉ ｔ ｄ ｅ ｙ ｔ ｅ ｍｅｈ ｄ ｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｌａ ａ ｙ ｉ ｎ ＹＳ ｆ ｉｅ ｅ ｅ ｎ ｔ ｏ ｅ ｐ ｃ ｉ ｌ ．Ｔｈ ｔ ｄ ｅ ｉ ｖ ｅ ｓｕ ｙ ｒ —
（ ． ｃｏｌ ｆ ｉｌ ｎｉｅｒ ｇａｄＣ ｍ ｎｃｔ ｎ ｏｔ Ｃ ｉａＵ ｉｅｓｙｏ ｔｒ ｅｏｒｅ ｎ ｌｃ ｃＰｗ ｒ Ｚ ｅｇｈ ｕ ４０ １ ， １ Ｓｈｏ ｏ Ｃｖ ｇ ｅ ｎ ｎ ｏ ｍｕ ｉ ｉ ，Ｎ ｒ ｈｎ ｎｖｒｉ ｆ ｉＥ ｎ ｉ ａｏ ｈ ｔ Ｗａｅ ｓｕｃｓａｄＥｅｔ ｏ ｅ， ｈ ｎｚｏ ５ ０ Ｒ ｉ ｒ １
ｏ ｅ ｇ ｔ ｓ ｗ ｌ— ｏｎ ｉ ｅ ｔ ｈ ａａ ｇ ｔ ｒ ｍ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｌ ｎ ｌ ｓｓ ｎ ｈ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆｔ ｅｇ ｔ ｔｕ ｔ ｒ ｆｔ ａ ｅ ｉ ｅ ｌｃ ｉ ｃ ｄ ｄ ｗｉ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｏ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｈ ｈ ｆ ｍｏ ａ ａｙ ｉ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｉ ｎ ｏ ａｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｈ ｈ
偏心荷载作用下弧形闸门支臂的动力稳定性研究
向整体 振动 ， 必然 使 传 递水 压 力 的支 臂 承 受 偏 心 交 变 力作 用 ， 一定 条件 下可 以产生 支 臂 的动力 失稳 ． 在 因此很 有必要 对 支臂 在偏 心荷 载作 用下 的动 力稳 定
问题进 行研 究． 文考 虑动 水荷 载 的周期性 作 用 ， 本 讨 论 了支 臂可 能 出现 动力 失 稳 的 情 况 ， 解 支 臂 参 数 求 振 动 的动力稳 定 区域 与不 稳 定 区 域 ， 论 荷 载 偏 心 讨 对 支臂 动力稳 定性 的影 响 ．
由于 方程 （ ） 边 第 二 项 的 系数 是 周 期 函数 ， ２左
而 Ｃ是常 系数 ， 因此 方 程 （ ） 一 个 周 期 性 系数 方 ２是
弧形 闸门 由于制 作或 者在 安 装 过 程 中 、 者 支 臂 在 或
水 压力 下过 大的 变形 ， 可能 会 出现 支 臂 中心 线 出 都
组， 即可 求 得 边 界 条件 、 ０的关 系 ， 而 判 断 出 口、 从
来， 运行 中面板所 传来 的荷 载就 不会 通过 圆心 ， 臂 支
承受偏 心荷 载作 用． 特别是 在 闸门开 启泄 水 时 ， 闸门 上 的动 水压 力合 力不 通 过 支 铰 中心 ， 门会 产 生 切 闸
利 用方 程 （ ） 稳定 区域 和 不 稳定 区域 边 界上 ２在
存 在周 期解 的特 性 ， 函数 ，可 展 开成 Ｆ ｕｉ 级 数 ： ｏｒ ｒ ｅ
现 偏心 ， 即支 臂 中心线 未通 过弧形 面板 圆心． 样 一 这
程， 其解 具 有如 下 特点 ： 于 ， ０的某 些 组 合 ， 对 口， 方
程 （ ） 随 时间呈 指 数增 长 的解 ， 另一 些 组 合 ， ２有 而 方
弧形钢闸门的动力稳定分析
致； 而参数共振发生在参数空间的若干个连续区域内， 参数共振的 响应频率与激振频率不一致 ， 且参数共振方 向与激励方向正交 。 Ｊ
２ ２ 弧形 钢 闸门振动 破坏原 因分 析 ．
弧形 钢闸门本 身是 一个 复 杂 的空 间杆 系结 构 ， 一般 由面 板、 梁格及支臂构成 。分析 闸 门的振 动 时 ， 把面板 与梁格作 可 为一 个部 件（ 面板梁 格 ） 即 来考 虑 ， 而认为 闸 门系统 由启 闭 因
人们 的广泛关注 。在 国内外均 有低水 头弧形 闸 门失事破坏 的 事例 ， 如美 国麦 克莱伦一 克尔 阿肯河航 运系统 的弧形 闸门的破
坏 。究其 原因 ， Ｊ 有两点值得 注意 ： 失事 闸门均是 因支臂 丧 ①
失稳定 ， 生弯扭屈 曲 ， 致整个 闸 门失去挡 水能力 而遭 受破 发 导
坏 ， 主要是 因闸门设计不 当， 这 门叶与支臂的 刚度 分布不均 ， 主
梁与支臂的单位刚度较大 ， 支臂刚度相 对较弱所致 。②从破 坏
外 因来看 ， 失事 闸 门均 是在 明显 振动 荷 载 的作 用 下发 生破 坏 的； 闸门失事 过 程来 看 ， 多 闸门破 坏 时， 往 发生 强烈 振 从 许 往 动 。由此可见 ， 由弧形 钢闸 门振动 引起 的破 坏 ， 是弧形 闸门失
向振动 （ 即动力屈 曲） 而另一些组合 ， 件则不会 出现强烈的 ， 杆
横向振动。 因此 ， Ｐ 、 ｌ 在 ０Ｐ 、 和 ∞的参数空 间中 ， 将形成动力稳 定区和动力失稳区 ， 两个 区域 的边界构成杆 件或框架 的临界荷 载区。 这类动力屈 曲现象 即所 谓的参 数共振 。 数共 振与一 般 参 的强迫共振有本质的区别 ： 迫共 振发 生在若 干个离散 点上 ， 强 共振的响应频率与激振 频率 一致 ， 共振 的方 向与激励 方向一 且
弧形钢闸门有限元动力分析
弧形钢闸门有限元动力分析摘要：水工钢闸门在静水和动水启闭过程中，受到水压力作用而引起的闸门振动，闸门振动对人类来说百害无一利，必须避免它，减少它。
为此，必须弄清闸门振动的根源和振动对闸门强度、刚度、稳定性的影响，利用有限元法对闸门进行动力分析，用理论计算结果来指导闸门的动态检测试验和校核试验的结果。
因此闸门动力的有限元分析可作为闸门原型动态检测或模型的动力试验的补充和验证。
闸门有限元分析能有效的解决闸门原型检测中所不能解决的一些问题。
本文利用美国大型有限元分析软件ANSYS对弧形闸门的在静水和动水中的启闭进行理论的分析和研究，为年限已久、锈蚀严重的闸门进行安全评估提供必要的试验和理论计算基础，也为弧形钢闸门的设计提供参考依据。
关键词：弧形钢闸门；ANSYS有限元；分析；应用本文主要研究的是：（1）钢闸门空间有限元计算模型的建立；（2）闸门现场结构测试与分析。
1.1某水库溢洪道闸门简介某水库是以防洪、城市供水、灌溉为主，兼顾发电的综合利用水库。
水库防洪标准为500年一遇洪水设计，10000年一遇洪水校核。
土坝为均质土坝，长445m，最大坝高21.5m，坝顶高程为194.50m，坝顶宽度为6.0m，防浪墙顶高程为195.70m。
陡槽式溢洪道，由引水渠、闸段、整流段、陡槽段、渥奇段、消力池段、海漫段、防冲槽段、尾水渠段组成。
溢洪道共三孔，闸门尺寸12m×5.4m-7.0m，堰顶高程为182.00m。
现场检测时坝前水位188.13m。
为了从理论上验算闸门的强度情况，本次对水库钢工作闸门进行了有限元计算分析，有限元分析计算的具体工况为：钢工作闸门在设计水头（10.51m）的工况。
1.2有限元模型的建立（1）模型的导入将CATIA的模型以model格式导入ANSYS，经过对比验证，导入模型正确，具体见图1-1。
图1-1 ANSYS中闸门模型（2）单元体选择闸门仿真分析可以通过两种方式实现：①三维实体有限元模型，使用solid186单元体，优点是模型细节体现较好，缺点计算量较大，适合计算复杂空间几何体；②三维片体有限元模型，使用shell63单元体，优点是计算量较小，缺点是无法体现例如焊接等细节部分。
上桂峡水库弧形闸门存在的问题及处理措施
３ 闸 门的检 测及 处理措 施
３ １ 检 测 ． ３ １ １ 闻门门 叶现状 检测 ． ．
［ 作者介绍 】 刘崇先 （９４ ， ， １６ 一）男 广西恭城人 ， 林市天力水利电力安装工程公 司经 济师， 桂 从事水利水电工程机械制造安装及经济管理
支 柱 ， 钢筋混 凝土结 构 ， 凿时必 然伤及 闸墩 及护 属 开 筋， 而且 闸墩几何 断 面尺 寸较 窄 ， １ ５ｍ， 右 两 宽 ． 左
边开凿 面 ０ ４ ． 闸墩 中间 仅剩 ０ ５ ｍ 左右 ， ． ～０ ５ｍ ．
这样严 重影 响上部 结构 的稳定 和安全 。 （） 方 案 ２ 只更换 门叶结 构 。该 方 案虽 然保 ２ ：
１ ２ 支 臂的制作 及安 装质量 形成 阻力 ．
（ ） 方 案 ３ 将 上 述 两 个 方案 折 中 ， 拆 除 门 ３ ： 先 叶支臂 ， 留埋 件 暂时不拆 ， 保 然后对 埋件 的制作及安 装进 行检 测评 价 ， 同时 对 门 叶支 臂 的制 作组 装 情况 进行 检测 。 方案 （ ） ３ 集方 案 （） １ 和方案 （ ） ２ 的优点 ， 可靠 性较
表 ２ 闸 门 门 叶检 测 结 果 表
表 ２测点数 为底 坎 向上 检测 ， １００ｒＩ 检测 每 ０ Ｔ ｎｌ
兴安县上桂用 已 ４ ０多年 。水 库溢 洪道有 ３孔 弧形 闸门 ， 闸门在开 闭过 程 中存 在 不 同程 度 的抖 动 现 象 ， 中 其 中间孔放 落时存在 卡阻 现象 。
峡水库 ， 设备投入使用已 ４ 多年。因此轴与轴套之 ０ 间产生锈 蚀 ， 行时形 成很 大 的阻力 。 运
大型弧形钢闸门质量控制难点工艺分析
大型弧形钢闸门质量控制难点工艺分析大型弧形钢闸门广泛应用于水利工程、水电站等领域，具有密闭性好、结构坚固、可靠性高等特点。
由于其体积大、重量重，且在安装、运输、操作等方面存在较大难度，因此对其质量控制工作的要求较高。
一、原材料选用大型弧形钢闸门的主要材料为钢板，要求材料的硬度、强度、韧性等性能均符合国家标准，并且要求材料无裂纹、无缺陷、无锈蚀，保证其抗压、抗弯、抗拉等性能。
选材时还需考虑其使用环境，如海水或者强酸强碱环境，则需选用相应的耐腐蚀性能较好的材料。
二、加工工艺控制1. 切割加工控制切割是大型弧形钢闸门加工的第一步，一般采用喷氧乙炔切割或者等离子切割。
为保证切割质量，需控制切割角度、切割线型、切割深度等方面的精度，避免出现索条错位、切割面不端正等问题。
大型弧形钢闸门的连接一般采用焊接方式，焊接工艺对于钢闸门的质量影响较大。
对于大型弧形钢闸门的焊接，一般采用自动化焊接机进行焊接，确保焊接质量达到国家标准。
同时，还需对焊接工艺的过程进行监控，保证焊接缺陷的及时发现和处理。
三、安装控制1. 安装环境控制安装大型弧形钢闸门时，需考虑安装环境和场地是否符合规范要求。
如果安装环境存在较大波动或者地震等自然灾害的风险，则需采取相应的防震措施或者选择其他安全位置进行安装。
大型弧形钢闸门安装时，需遵循相应的安装规范和要求，确保安装质量达到标准。
同时，还需考虑安装过程中对于钢闸门本身的保护，避免损坏钢闸门。
四、运行控制大型弧形钢闸门在运行过程中，需注意以下几个方面的控制：1. 密封性控制大型弧形钢闸门的密封性能对于水利工程的运行效果有非常大的影响，因此需在运行过程中注意检查其密封性能，确保其正常运行。
2. 运行稳定性控制大型弧形钢闸门在运行过程中，需保证其稳定性，避免出现倾斜、晃动等问题，确保其正常运行。
3. 维护保养控制大型弧形钢闸门在使用过程中也需要维护保养，并且需制定相应维护保养计划，定期检查和维护其设备性能，保证设备的长期稳定运行。
水工钢闸门及启闭机常见质量问题及对策浅析
水工钢闸门及启闭机常见质量问题及对策浅析水工钢闸门及启闭机常见质量问题及对策浅析摘要：水工刚闸门在水利枢纽工程中发挥着重要作用，是调节上下游水位水量的关键环节。
然而水工刚闸门的启闭机如果不能有效的运作，尤其是在必要的时候不能快速的开启闭合发挥调节作用，就可能造成巨大的经济财产损失。
因此，我们总结水工刚闸门及启闭机常见的质量问题和解决方案，希望能够起到应急和规避风险的作用。
关键词：水工钢闸门；启闭机；质量问题及对策水工钢闸门在我国众多水利工程当中都有非常广泛的应用，是保证水利工程起到调节水位和水量，规避洪灾、分流洪水，加强农田灌溉，促进河道通畅，进行水路运输和水利发电等各项功能的关键。
而且水工钢闸门及其启闭机安装之后，更换非常困难，技术难度和代价很大，因此，要保障现有水工钢闸门和启闭机的性能安全，防范可能多发的质量问题非常重要。
下面我们将针对这个问题进行详细的介绍。
1常见质量问题1.1闸门本身的质量问题水工刚闸门的质量问题直接影响其能否正常工作，或者其正常工作年限是否满足需要。
由于水工钢闸门普遍要长期接触各种水源，因此其抗腐蚀性能和耐老化性能必须要非常强悍。
而普通的钢板材质，根本难以抵挡十几年几十年的水下腐蚀和极强的水压冲击。
我们调查发现，全国各处水利工程中，钢闸门使用年限在十年以上的，尤其是2000年以前投入使用的，发生变形和腐蚀迹象的达到76%。
特别是钢板老化、脆化、断口收缩变形、极限强度下降更是非常严重，普遍较出厂标准数据下降10个百分点以上。
1.2钢板焊接问题水工钢闸门的焊接问题是保证整体功能的最脆弱环节，因为接缝如果有漏洞或者焊接水平不够高，在频繁使用或者高强度水压冲击之下是最容易开焊变形甚至毁坏的。
我们调查发现2000年之前投入使用的水工钢闸门需要进行重新焊接或者存在开焊隐患的也高达23%，其中水压导致变形和腐蚀引起焊口开裂的情况最为常见。
1.3闸门启闭过程中的颤抖震动引起闸门开闭过程中的震动原因很多，有闸门本身质量不过关的问题，有经年使用后的闸门变形和零部件的功能障碍，再就是安装施工过程中没有完全符合施工要求，造成泄洪过程中水流过激、水压不稳定、水流变化频率高等，救护对闸门造成起伏不定的冲击从而引起闸门震动。
弧形钢闸门桁架最优布置与考虑动力稳定下主框架结构优化
水工钢闸门振动现象分析及解决对策
水工钢闸门振动现象分析及解决对策摘要钢闸门是水工建筑物一个十分关键的结构部分，目前，从闸门失事的调查结果来看，振动是造成事故发生的主要原因。
从闸门振动的自身特点出发，分析闸门振动的机理找出原因，从多方面因素来解决振动问题。
关键词闸门振动振动特性振动机理解决对策水工闸门对于整个水工建筑物有着极为重要的作用，多数闸门在启动、关闭状态下都会出现不同程度的振动情况，遇到振动较大的情况时，需要对其进行深入研究，并制定相应的紧急应对措施，这样才能将振动造成的不利影响控制在紧小范围内，否则将会对闸门产生巨大的破坏。
一、优良的水工钢闸门，庆具备如下性能：1．结构安全可靠，能在规定的工况下正常工作。
满足局部开启要求，泄水能力大，无严重空蚀，无强烈振动。
2．启闭操作灵活方便，能及时开放或关闭过水孔道。
3. 止水装置严密，其漏水量及由漏水而产生的其他不良现象均应在容许范围内。
二、闸门振动的的危害闸门在运行时，一般情况下振动是很轻微的。
当闸门产生共振时．振幅剧增，振动强烈，在门叶结构内出现不平常的应力和应变，引起闸门金属构件疲劳、变形、焊缝开裂、紧固件松动，止水损坏，以致使闸门整体结构遭到破坏。
此外，闸门强烈振动常使门槽损坏。
三、闸门振动机理及原因分析（一）振动机理（1）自激振动这类振动因结构物的振动导致周期性的作用力，此作用力叉加大了结构物的振动，激荡频率是门体与水流因耦合而派生的。
（2）强迫振动这种振动通常是随机的。
结构运动对流体作用力不产生明显的影响。
激荡频率是外力固有的。
对于某个具体闸门来说，其诱发振动的因素可以是一种机制起作用，也可以是多种机制的组合。
总的说来都是由于动水作用下的不平衡力或脉动力引起的。
（3）门后淹没水跃在闸门大开度时．闸下产生淹没水跃，跃头是不稳定的，淹没水跃旋滚猛烈地、周期性地冲击闸门背面，激荡力就是水跃作用在闸门上的脉动压力．如果激荡力的频率接近或等于闸门的自振频率时，闸门便产生强烈振动。
大型弧形钢闸门质量控制难点工艺分析
大型弧形钢闸门质量控制难点工艺分析大型弧形钢闸门是水利工程中常用的重要水工设施，它能够有效地控制水流，保障河流水位的稳定，以及防止洪水的发生。
由于大型弧形钢闸门具有结构复杂、体积庞大、技术要求高的特点，所以在其质量控制方面存在着一些难点工艺问题。
本文将对大型弧形钢闸门质量控制的难点工艺进行分析，以期为相关工程技术人员提供一些有益的参考。
一、材料选择难点大型弧形钢闸门的材料选择是其质量控制的关键。
由于其工作环境通常复杂，需要耐腐蚀、抗压、抗拉等多种性能的材料。
对于材料的选择需要根据具体工程环境来进行综合考虑，这就需要相关工程技术人员具备较高的专业技能和丰富的经验。
在实际工程中，材料的选择难点主要表现在以下几个方面：1. 抗腐蚀性能：大型弧形钢闸门常常需要在潮湿、多风沙、多盐碱等恶劣环境下使用，因此需要具备较强的抗腐蚀性能。
而不同的工程环境对材料的抗腐蚀性能要求也不尽相同，因此在选择材料时需要充分考虑实际使用环境的特点。
2. 强度和韧性：大型弧形钢闸门需要具备较高的强度和韧性，以保证其在水工设施中长时间安全可靠地运行。
在材料选择时，需要充分考虑材料的强度和韧性指标，以及其在不同工作温度下的性能表现。
3. 成本和可供性：除了技术指标外，材料的成本和可供性也是影响选择的重要因素。
有些优质的材料可能价格昂贵，而一些性能较差的材料虽然价格低廉，但难以满足工程需要。
工程技术人员需要在综合考虑材料性能和经济性的基础上，选取最适合的材料。
二、制造难点大型弧形钢闸门的制造需要经过多道工序，包括材料预处理、加工成型、钢结构焊接、防腐、表面处理等多个环节。
焊接工艺是关键的制造环节之一。
由于大型弧形钢闸门体积庞大、结构复杂，因此在焊接工艺上存在一些难点问题。
1. 焊接变形控制：大型弧形钢闸门的焊接需要进行多次多层的熔接，而熔接过程中会产生较大的热变形。
为了保证大型弧形钢闸门的几何尺寸和形状精度，需要采取一系列的措施来控制焊接变形，包括采用合理的焊接顺序、合理的焊接参数、预应力装置等。
大型弧形钢闸门质量控制难点工艺分析
大型弧形钢闸门质量控制难点工艺分析大型弧形钢闸门是一种用于控制水流的水利工程设备。
由于其体积大、形状复杂，加工难度较大，因此其质量控制是非常关键的。
本文将从工艺分析的角度探讨大型弧形钢闸门质量控制的难点。
大型弧形钢闸门的制造过程需要采用先进的数控加工设备和专业的工艺流程。
该设备的加工精度要求高，一旦加工精度不符合要求，将直接影响到钢闸门的密封性能和工作稳定性。
由于大型弧形钢闸门的体积庞大，加工过程中受到的应力很大，容易导致变形和失稳。
在加工过程中需要采取适当的加工策略，控制加工温度和应力，保证加工精度和工作稳定性。
大型弧形钢闸门的焊接过程也是一个难点。
由于其形状复杂、材质厚度较大，焊接时易产生焊接变形和焊接结构内应力。
这会导致钢闸门的变形和变形，进而影响其工作性能。
为了克服这个问题，需要采用合适的焊接材料和技术，控制焊接变形和应力。
还需要进行焊缝检测和质量控制，确保焊接接头的质量符合要求。
大型弧形钢闸门的表面处理也是一个难点。
钢闸门通常会接触到水中的湿气、海水等腐蚀介质，因此需要进行防腐处理。
大型弧形钢闸门的曲面形状使得防腐涂层施工困难，容易出现漏涂、漏涂等质量问题。
为了确保钢闸门的防腐性能，需要采用适合的防腐涂料和施工工艺，进行质量控制和检测。
大型弧形钢闸门的安装也是一个重要的环节。
由于其重量大、体积大，需要采用特殊的起吊和安装设备。
也需要进行准确的方位和高程控制，确保钢闸门的安装位置和姿态符合设计要求。
安装过程中还需要考虑到钢闸门与其它部件的配合性和固定性，以确保工程设备的整体稳定性。
大型弧形钢闸门质量控制的难点主要包括加工精度控制、焊接变形和应力控制、表面处理和防腐等。
只有从工艺上做好这些难点的控制，才能确保大型弧形钢闸门的质量符合要求，保证其正常的工作性能。
也需要进行相应的质量检测和监控，及时发现和解决质量问题，提高大型弧形钢闸门的质量和可靠性。
水工钢闸门振动现象和振动特性分析
水工钢闸门振动现象和振动特性分析发布时间：2023-02-21T09:01:24.951Z 来源：《科技新时代》2022年10月19期作者：吴行轮戴小会[导读] 我国经济水平和科技水平的快速发展，振动失稳造成的水库大坝安全事故时有发生，如在某地区闸门泄水过程中，由于不明原因闸门剧烈振动，最终造成弧形闸门右支臂向内侧弯曲，闸门支铰轴断裂，对闸门整体结构造成严重破坏。
吴行轮戴小会水利部水工金属结构质量检验测试中心河南郑州 450044摘要：我国经济水平和科技水平的快速发展，振动失稳造成的水库大坝安全事故时有发生，如在某地区闸门泄水过程中，由于不明原因闸门剧烈振动，最终造成弧形闸门右支臂向内侧弯曲，闸门支铰轴断裂，对闸门整体结构造成严重破坏。
闸门振动会严重影响水库安全运行及水工建筑物结构稳定性，如今，闸门振动问题也已逐渐成为现代水利工程中的重要课题。
关键词：钢闸门；振动诱因；振动控制引言振动是导致闸门故障最常见的原因，本文对闸门产生振动的原因进行了分析。
由于闸门振动的复杂和多样性，现有的理论和研究成果难以保证闸门在任何工况下都不产生有害振动。
在水工闸门的设计、制造、安装以及运行管理中，应对闸门具体分析，并从水力学、闸门结构及其他方面采取相应的防止振动措施，避免有害振动的产生。
1振动时效的原理振动时效是在激振设备周期性激振力的作用，在某一频率下使金属工件共振，使其内部残余应力叠加，达到一定数值后，在应力最集中处，会超过金属的屈服极限而产生微小的塑性变形，从而使构件内残余应力降低和重新分布，处于平衡状态，提高材料的强度。
振动时效从微观上分析也就是在交变应力作用下，金属材料内部晶体位错发生滑移，使此处的应力变小或发生塑性变形，达到降低应力，稳定构件尺寸的效果。
2闸门振动现象及分类水工钢闸门主要包括止水装置、闸门门叶、支承结构等部件，很容易出现振动现象。
当水工影响因素只高于标准值时，闸门会出现轻微振动，这基本上不会给水工建筑物安全性带来影响；但如果水头和流量超过标准值时，会导致闸门振动频率和振幅大幅度增加，进而严重影响大坝水库及水工建筑物的稳定性。
弧形钢闸门主框架的稳定性
不是很方便 。本文根据《 规范》 对弧形 钢闸门主框架构造的要求
及《 钢结 构设计 规范》 Ｇ ５ｏ ７２０ ） 的规 定 ， （ Ｂ ０ １． ３ ０ 把弧形钢 闸门主
横 梁 门式 框 架 的 屈 曲 模 态 视 为 弱 支 撑 框 架 有 限侧 移 反 对 称 屈
曲， 出了考虑支撑刚度作用 的框 架柱计算 长度 系数 的近似计 提 算方法 。
ｌ 弧形钢 闸门主框架ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的稳定性
１ １ 模 型与 屈 曲模 态 ．
现行《 规范》 对弧形钢闸 门主横梁 门式框架 的计算 模型如图 １ 所示 。在Ｉ 临界荷 载 范 围 内， 横梁 上 承受 的均 布荷载 （ 压 将 水 力） 简化为作用 在柱 上的集中荷载 ， 即门式框 架荷 载可表示 为 图 １ 所示 。根据两侧 橡皮 止水 的接触 情况 ， 曲柱 的变 形可 表示 屈
弧 形 钢 闸 门主 框 架 的稳 定性
余 卫 华 王 正 中 王 志 刚
（ 西北农林科技 大学 水 利与建筑工程学院 ， 陕西 杨 凌 ７２０ ） １１０
摘要 ： 据现 行 Ｓ７ ９ 《 根 Ｌ４— ５ 水利水 电工程 钢 闸 门设计 规 范》 对弧 形钢 闸 门主 框 架构造 的要 求及 Ｇ ５０７—２０ Ｂ０ １ ０３ 《 结构设计规范》 钢 的规 定， 出弧形钢 闸 门主横 梁 门式框架的屈 曲模 态为弱 支撑框 架有 限侧 移反 对称屈 曲， 提 通
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第３ ９卷 第 ６ 期 ２０ ０８年 ３ 月 文 章 编 号 ：０ １ ４ ７ （０８０ ０ ６ —０ １０ — １９ ２０ ）６— ０２ ２
人 民 长 江
Ｙａ ｇｚ Ｒｉｅ ｎ ｔｅ ｖｒ
Ｖ０ ． ９． １３ Ｎｏ．６ Ｍａ ．， ２ ０８ ｒ ０
大跨度弧形闸门静动力特性分析研究
大跨度弧形 闸门静动 力特性 分析研 究
黄 峻 ， 智雄 ２ 谢
（． 东省 水利 电力勘 测设 计研 究 院 ， 东 广 州 ５ ０３ ； １广 广 １６５
２河海大学 机 电工程学院 ， ． 江苏 常州 ２ ３２ ） １０２
摘 要 ： 用 Ａ Ｓ Ｓ软件对 某水利枢 纽大跨 度弧形 闸 门结构在 正常运行 ＿ Ｌ 非正常运行工 况下的应力 、 应 ＮＹ ｘＶ和 位移 了进 行 了计 算研 究 ； 闭门挡水 、 在 开启状 态不 同开度 的运行 ． ￣ ， 别按 不考虑流 固耦舍和 考虑流 固耦舍 两种情况下的 Ｔ Ｌ分 －
２２ 闸门结构 有 限元模型 －
闸 门结 构为 空间薄 壁结 构 。 用 ｓｅｌ３号板 单 采 ｈｌ ６
元 模拟 ， 限元 模 型如 图 ２所示 。 有 ２３ 计 算工 况 ． ２３１ 静力 特性计 算工况 ．．
闸 门静 力特性 计算 分正常运 行及 分正 常运 行两 种 工况 类 型 ，正 常运 行 时 闸门承 受 １ ． ３７ ｍ水 头 的 ４ 静 水 压力 作用 。 闭门挡 水及 开 启 瞬 间且 两侧 启 闭 按
自振特性进行 了计算研究 ， 从而为最终设计方案的选定提 供 了技术依据。
关键 词： 弧形 闸门； 静力特性 ； 动力特性 ； 有限元法 ； Ｎ Ｙ Ａ ＳＳ
中图分 类号 ： Ｖ ６ ＋ Ｔ ６ ３． ２ 文献标 志码 ： Ｂ 文章编 号 ：０ ５ ０４ （０ ２ ０ — ０ ３ ０ ２ ９ — １４ ２ １ ）８ ０ ３ — ２
一
水 时为 ４１ ｍ （ ．ｍ 此时 闸 门底 缘无 竖 直方 向的位 移 ， 此 位移 为沿水 流方 向 的位移 在切 向的投 影 ）开 启瞬 ， 间为 ３０ｍｍ。闸 门顶 止水位 置处 的最 大径 向位 移约 ．
大型弧形钢闸门质量控制难点工艺分析
大型弧形钢闸门质量控制难点工艺分析大型弧形钢闸门是水利工程中常见的一种闸门，主要用于调节水流、防洪和灌溉等用途。
这类钢闸门通常由大型钢板焊接而成，具有结构复杂、质量要求高、工艺难度大的特点。
在大型弧形钢闸门的制造过程中，质量控制是非常重要的环节，而质量控制的难点主要集中在工艺方面。
本文将针对大型弧形钢闸门的质量控制难点进行分析，以期为相关领域的从业者提供参考和借鉴。
一、材料选择方面的工艺难点在制造大型弧形钢闸门时，材料选择是非常关键的工艺环节之一。
首先需要选择符合设计要求的优质钢材料，同时还需要考虑到钢材的可焊性和可加工性。
由于大型弧形钢闸门的尺寸较大，因此在材料选择方面会面临以下难点：1. 材料的可焊性要求高。
大型弧形钢闸门的焊接工艺虽然成熟，但对材料的可焊性要求依然较高。
需要选择具有良好可焊性的钢材，以保证焊接接头的牢固性和密封性。
2. 材料的可加工性要求高。
大型弧形钢闸门需要进行大规模的板材切割和成型加工，因此需要选择易于加工的钢材，以降低加工难度和成本。
以上工艺难点需要在材料选择阶段进行全面评估和把控，以确保所选材料符合工艺要求，能够满足大型弧形钢闸门的制造需求。
大型弧形钢闸门是由大块钢板焊接而成，因此焊接工艺是整个制造过程中最为关键的环节。
焊接工艺的合理性和稳定性直接影响着大型弧形钢闸门的质量和使用寿命。
焊接工艺方面的工艺难点主要包括以下几个方面：2. 焊接变形和残余应力控制难度大。
大型弧形钢闸门的焊接工艺容易引起板材变形和残余应力，这些问题会直接影响到大型弧形钢闸门的使用性能和安全性。
因此需要采用合理的焊接顺序和方法，以控制焊接变形和残余应力。
以上工艺难点需要通过合理的焊接工艺参数设计和操作规范，以确保焊接接头的质量和稳定性。
三、检测与验收方面的工艺难点大型弧形钢闸门的质量检测与验收是保证产品质量的重要环节。
由于产品尺寸大、结构复杂，因此检测与验收方面会面临以下工艺难点：1. 检测设备和工艺要求高。
阐述在安装中弧形闸门的问题
阐述在安装中弧形闸门的问题弧形钢闸门是水闸中广泛使用的一种门型。
由于其不能提出孔口外检修维护，无法在孔口间互换，闸门受力集中在支墩处，对土建结构不利。
闸门在外力、高速水流、长期频繁的启闭过程中容易出现闸门倾斜、震动、止水橡皮磨损过快、制动器失灵、以及连接吊点的动滑轮错位等问题，给闸门运行带来安全隐患。
及时发现并采取有效办法消除隐患对水利工程的安全运行至关重要。
1弧形闸门平衡梁安装倾斜的原因及处理措施1）闸门平衡梁安装倾斜的原因闸门平衡梁在安装完毕以后，都是经过固定、加固等过程等，这个过程是造成平衡梁倾斜原因之一，因为在固定、加固时一般采用焊接的方式，焊接容易产生热胀冷缩现象及焊缝收缩量的不确定性，造成了平衡梁的倾斜，通常称为一次倾斜。
那么二次倾斜是怎么造成的呢，一般情况是土建施工单位在进行二次混凝土模板支撑时造成的，因为施工单位在支模时对平衡梁有碰撞，或者是将模板与平衡梁相互连接。
最后是二次混凝土浇筑时产生的倾斜，原因是混凝土在浇筑时使用高频振动棒，振动棒容易与平衡梁、固定点接触，这时候产生的倾斜是不可修复的，通常称为永久倾斜。
2）平衡梁倾斜处理措施上述一次、二次倾斜都可以在混凝土浇筑以前处理，方法一般是在二次混凝土模板支完以后，在对已安装完的平衡梁进行调整，利用水平仪、线锥300mm 钢板尺等测量器具进行局部调整，并重新加固。
对二次混凝土浇筑产生的倾斜，一般情况下只能在安装闸门支铰座的时候调整，如果支铰座不及时调整会对后续闸门安装、运行使用、止水效果、橡皮保护都会产生不良影响，而且会减少闸门使用年限。
2双吊点弧形闸出现闸门倾斜的原因及处理措施1）闸门出现倾斜的原因弧形闸门启闭机座在安装后，一般留有调整间隙，启闭机座在受到由闸门传递的外力作用下，会发生震动位移，闸门支铰轴不在同一条轴线上、支铰轴因磨损间隙过大、双吊点启闭机卷筒组在运行过程中受力不均匀等都可能导致闸门发生倾斜。
如不及时处理，可导致启闭机主副机受力不均匀，增加启闭机负荷、撕裂止水橡皮、吊耳脱焊、钢丝绳拉断甚至使闸门变形损坏、烧坏电动机等运行事故。
大型弧形钢闸门质量控制难点工艺分析
大型弧形钢闸门质量控制难点工艺分析随着我国水利工程建设的不断发展，大型钢闸门的使用范围也越来越广泛。
而其中，大型弧形钢闸门的制造和安装交付过程中，质量控制是一个非常关键的问题。
本文通过对大型弧形钢闸门的工艺流程和生产过程的分析，找出了钢闸门制作过程中的难点和控制方法，在保证钢闸门质量的同时，提高钢闸门的制造效率和降低安装成本。
1. 材料质量控制钢闸门是一种结构复杂的大型锻造件，需要使用高质量的钢材作为原材料。
因此，在制造大型弧形钢闸门时，首先需要保证钢材的质量，确保钢材的力学性能符合要求。
在材料购买的过程中，需要对材料进行检验，并进行材质证明。
在钢材质量方面，需要特别关注钢材的表面和内部是否有裂纹、缺陷等问题，以避免材料在制作过程中出现问题。
2. 工艺流程控制大型弧形钢闸门的制作过程一般分为锻造、加工、组装和检验四个阶段。
在工艺流程控制方面，需要注意以下几点：（1）锻造工艺的控制：钢闸门的锻造是整个制造过程中最关键的环节。
在锻造过程中需要保证锻坯的变形量合理，避免锻坯出现裂纹，同时也需要控制温度、速度等参数，以保证锻坯的密实度和结构稳定性。
（2）加工工艺的控制：大型弧形钢闸门的加工主要包括铣削和钻孔等工序。
在加工过程中需要保证工件的精度和表面品质，避免出现表面裂纹、毛刺和表面粗糙等问题。
（3）组装工艺的控制：大型弧形钢闸门的组装需要考虑零件之间的配合度和尺寸精度，确保整个系统的结构稳定、运行可靠。
在组装过程中，需要使用合适的连接方式和残余应力消除方法，提高系统的稳定性和安全性。
（4）检验工艺的控制：大型弧形钢闸门制造过程中需要对工件进行多次检验，以保证产品的质量符合要求。
在检验过程中需要使用合适的检测设备，并根据检测结果采取合适的措施，如修复、更换等。
3. 设计和计算控制大型弧形钢闸门的设计和计算是制造过程中的另一个关键环节。
在设计和计算中，需要充分考虑钢闸门的结构特点、工作环境和负载状况等因素，并进行合理的材料选型和尺寸设计。
大型弧形钢闸门质量控制难点工艺分析
大型弧形钢闸门质量控制难点工艺分析大型弧形钢闸门是水利工程中常用的水利控制设施，它承担着调节水位、防洪排涝等重要任务。
在其制作过程中，质量控制是非常关键的环节，而大型弧形钢闸门的制作难点主要包括材料选型、焊接工艺、表面处理等方面。
本文将对大型弧形钢闸门的质量控制难点进行详细的工艺分析。
一、材料选型大型弧形钢闸门所使用的材料通常为优质的钢材，其主要特点是具有较高的强度和耐腐蚀性。
在材料选型过程中，首先需要对材料的牌号、化学成分、力学性能和焊接性能等进行严格的要求。
一些大型弧形钢闸门在设计时要求具有较高的耐候性和抗腐蚀性能，因此需要选用相应的防腐蚀材料，如不锈钢、耐候钢等。
在材料选型的过程中，还需要充分考虑到大型弧形钢闸门的使用环境和工作条件，选用适合的材料，以保证大型弧形钢闸门在使用过程中具有良好的耐久性和稳定性。
材料的选用还需要符合国家的相关标准和规范，以确保大型弧形钢闸门的安全可靠性。
二、焊接工艺大型弧形钢闸门的焊接工艺是其制作过程中的关键环节，焊接质量直接影响到大型弧形钢闸门的使用性能和安全性。
在焊接工艺中，应严格控制焊接参数，包括焊接电流、电压、速度、温度等，以保证焊缝的质量和牢固度。
在大型弧形钢闸门的焊接工艺中，还需要根据焊接材料的不同，合理选择焊接方法和工艺，如手工焊、气保焊、埋弧焊等。
还需要对焊接设备和工具进行定期的检测和维护，保证焊接工艺的稳定性和可靠性。
还需要对大型弧形钢闸门的焊接质量进行严格的检测和评定，包括对焊缝的外观和尺寸进行检测，检查焊缝的质量和牢固度，以确保焊接质量符合相关标准和规范。
三、表面处理大型弧形钢闸门在制作完毕后，还需要进行表面处理，以提高其防腐蚀能力和美观度。
常见的表面处理方法包括喷砂、喷丸、热浸镀锌等，这些表面处理工艺需要严格按照工艺要求进行，以保证表面处理的效果和质量。
大型弧形钢闸门的质量控制难点主要包括材料选型、焊接工艺、表面处理等方面。
在制作大型弧形钢闸门的过程中，需要严格按照相关标准和规范进行工艺控制和质量管理，以保证大型弧形钢闸门具有良好的使用性能和安全性。
弧形闸门安装施工中常遇到的问题及补救措施研究
弧形闸门安装施工中常遇到的问题及补救措施研究发布时间：2021-07-08T10:01:00.727Z 来源：《基层建设》2021年第11期作者：王翠玲[导读] 摘要：弧形闸门的安装施工中涉及到复杂的环节，安装过程中若操作不当，很容易引起弧形闸门安装的质量问题，形成对整个弧形闸门安装施工效率的影响，降低了安装质量和安全性，本文对弧形闸门安装施工中常遇到的问题及补救措施进行了探讨。
广西建工集团海河水利建设有限责任公司广西南宁 530001摘要：弧形闸门的安装施工中涉及到复杂的环节，安装过程中若操作不当，很容易引起弧形闸门安装的质量问题，形成对整个弧形闸门安装施工效率的影响，降低了安装质量和安全性，本文对弧形闸门安装施工中常遇到的问题及补救措施进行了探讨。
关键词：弧形闸门；安装；施工；问题；补救措施引言：弧形闸门是有弧形的挡水面板，受到水压作用，弧形挡水面板通过支臂将水压传给固定边墩的两个支座，弧形闸门的启闭速度快，启闭力小，这是因为弧形闸门的门叶结构轻导致的，因此操作过程更加的灵活、安全，体现了其应用优势，具有经济性、便捷性，广泛应用于水工建筑中，但是在安装施工过程中会遇到常见的问题，需要采取有效的补救措施，保证弧形闸门的安装施工质量。
一、支座基础螺栓位置与支座螺孔位置不吻合制作基础螺栓是在土建单位进行混凝土一期浇筑的过程中埋设的，混凝土浇筑时产生的震动作用会使螺栓发生位移，特别是在螺栓安装中出现了尺寸误差偏大的情况，更是会加重螺栓位移的情况。
若使用铁管矫正，容易将螺栓扳弯，导致制作和混凝土难以达到紧贴效果，在过去安装弧形闸门的施工过程中，通常在纠正时是采取去除混凝土的方式，将10厘米左右的基础螺栓附近混凝土去除，利用钢管，校正螺栓，螺栓漏出混凝土面的部分呈垂直状态。
将支座安装好之后，将砂浆混凝土回填进来，采取这种方式可以使混凝土面和支座相互紧贴，但是却不能保证回填砂浆的质量，导致螺栓和混凝土的接触被削弱。
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第46卷第1期2006年1月大连理工大学学报Journa l of Da l i an Un iversity of TechnologyVol .46,No .1Jan .2006文章编号:100028608(2006)0120093205收稿日期:2004210219; 修回日期:2005211222.作者简介:刘永林(19572),男,大连理工大学1985届硕士,教授级高级工程师;倪汉根3(19352),男,教授,博士生导师.水工弧形钢闸门动力不稳定性研究刘永林1, 倪汉根32, 刘 斌1, 刘亚坤2(1.东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳 110004;2.大连理工大学土木水利学院,辽宁大连 116024)摘要:定量估计了3种情况下弧形钢闸门支臂动力失稳的可能性:小开度、支臂与面板联接处无切向位移与侧向位移,主梁相对挠度<1 600,I a x >I a y 3且闸门下游无旋滚时不会形成参数共振;大开度、支臂与面板联接处有侧向位移时,深孔弧形门容易引起参数共振,表孔弧形门不易形成参数共振;小开度、支臂与面板联接处有切向位移,两种负阻尼同时存在,若单位挡水面积上用钢量不足,有可能使负阻尼大于结构阻尼导致支臂动力失稳.给出了判断动力失稳所必须的弧形闸门结构阻尼比的原型观测结果,它表明表孔弧形闸门的结构阻尼比是很小的.关键词:弧形闸门;结构阻尼;负阻尼比;参数共振;自激振动;动力不稳定性中图分类号:TV 663.2文献标识码:A 我国已建钢闸门近千座,其中弧形闸门约200座,这些闸门大部分运行良好,但也有相当数量的闸门振动强烈,有的甚至造成巨大损失[1].国外对弧形闸门的振动也常有报道[2～5].文献[6]分析了我国20世纪六七十年代修建的10多座低水头弧形钢闸门失事实例,其中大多数定性为弧形闸门支臂动力失稳.迄今为止,定量研究弧形闸门支臂动力失稳的报道还很少见到.动力失稳的特征表象是出现比较强烈的简谐振动.但出现较强的简谐振动不一定是动力失稳,而有如下4种可能情况:(1)简谐迫振力的频率和系统的自振频率非常接近,出现通常说的共振状态,但不是动力失稳;(2)干扰力的频带较宽,无明显峰值,近似截断白噪声,结构阻尼较小且基频在干扰力频谱范围内,这时也会出现较强的类简谐振动,但它不是通常意义下的共振,更不是动力失稳;(3)自激振动,这是系统中存在负阻尼,且在微幅振动时负阻尼大于结构阻尼,出现发散的单频振动,由于结构阻尼的非线性,在某一状态建立新的平衡,形成简谐振动,这是动力失稳;(4)参数共振,当受压杆件的脉动系数大于结构阻尼,且干扰频率和自振频率满足一定关系时也 会出现发散的单频振动,并在某一平衡状态形成简谐振动,这也是动力失稳.一般而言,第一种情况易于识别,第二种情况常易和后两种情况混淆.而通常说的动力失稳是指后两种情况.自激振动的特征是系统存在负阻尼.但对参数共振,以往没有定义过负阻尼,文献[7]根据参数共振的必要条件也定义了一个负阻尼,以便讨论压杆脉动系数和其他负阻尼共存的系统.本文在文献[7]的基础上针对弧形闸门几种典型振动状况,定量估计支臂动力失稳的可能性,并给出判断动力失稳所必需的弧形闸门结构阻尼比原型观测结果.1 弧形钢闸门的结构阻尼比无论估计他激振动还是自激振动,结构阻尼比均是一个非常重要的参数,但是关于弧形闸门结构阻尼比的研究没有得到应有的注意.获取弧形闸门结构阻尼比的可靠途径是原型观测.下面介绍4个由弧形闸门原型观测得到的阻尼比,其中2个是深孔弧形闸门的,2个是表孔弧形闸门的.1.1 万安水库大坝底孔弧形门原型观测[8]闸门高9.5m 、宽7.0m 、支臂长18.0m ,闸 底板高程67.636m,观测时库水位83.3m,闸后水位68.8m,闸门全关.结果列于表1. 表1 万安水库大坝底孔弧门自振特性原型观测结果T ab11 F ree vibrati on observati on data of tainter gate fo r W an′an dam outlet振型阶数f H zΓ %振型阶数f H zΓ %15.5—423.54.5215.0—527.04.5319.04.5633.54.51.2 天生桥一级电站防空洞弧门振动原型观测[9]闸门孔口宽6.4m、高7.5m,试验时工作水头为92～100m,试验在闸门全关时进行.结果列于表2. 表2 天生桥一级电站防空洞弧门自振特性原型观测结果T ab12 F ree vibrati on observati on data of tainter gate fo r T ianshengqiao first cascade pow er stati onoutlet模态号f H zΓ %模态号f H zΓ % 120.34.45486.50.99240.84.455104.81.09365.10.151.3 凤滩弧形闸门自振特性原型观测[10]闸门孔口宽14.0m、高13.134m、半径16.0 m、支承跨距13.5m,是表孔弧形门,堰顶高程为193.0m,试验时闸门全关,库水位为203.0～205.0m,观测分别在1号和3号闸门进行,结果列于表3.表3 凤滩表孔弧形闸门自振特性原型观测结果T ab13 F ree vibrati on observati on data of barrage tainter gate fo r Fengtan sp ill w ay模态号1号闸门 f H z Γ % 3号闸门 f H z Γ % 114.032.6714.971.12 217.321.3919.670.23 323.830.2827.520.28 432.810.1136.430.17 550.230.1049.860.151.4 日本柯奇(Kohch i)表孔弧门原型观测[11]弧形闸门宽9.72m、高8.5m、支臂半径9.6 m、门重2.7×105N,该弧门为单撑臂,试验时闸前无水,采用质量为5.4kg的锤击,激励弧门自由振动,观测结果列于表4.表4 日本一弧门自振特性原型观测结果T ab14 F ree vibrati on observati on data of a barrage tainter gate in Japan模态号f H zΓ %模态号f H zΓ % 120.80.20350.10.59231.00.7849.16.40虽然上面4个原型观测结果差异较大,但可以得到一些初步认识:(1)深孔弧形门的阻尼比大于表孔弧形门的阻尼比,这是由构造特点决定的.对低阶振型,深孔弧形门的阻尼比为4%左右.(2)表孔弧形门的阻尼比很小,从表3的数据判断,低阶振动的阻尼比只略大于1%,如简谐力激振,即使不出现负阻尼,共振时的动力放大倍数亦达50;如随机荷载激振,自振频率低于荷载谱的上限频率时,也会出现明显的迫振.(3)对弧形闸门,尤其是对表孔弧形门,必须研究提高它们阻尼比的措施及其他减振方法.2 弧形闸门可能出现动力失稳的几种典型工况如前所述,弧形闸门动力失稳的机制可能有3类:一是支臂纵向恒定压力和纵向脉动压力联合引起负阻尼,在一定条件下形成参数共振而失稳;二是水流反馈出现负阻尼,引起自激振动而失稳;三是两种机制的联合作用[2、12、13].下面分3种情况进行讨论.2.1 支臂与面板联接处无侧向及切向位移时在所讨论情况下,只考虑杆端纵向压力S1及脉动压力S0引起的负阻尼.分别用I a y、I a x表示支臂截面侧向弯曲和切向弯曲的惯性矩,一般I a x小于I a y,因此以I a x作为讨论的依据.令主横梁的截面惯性矩为I b、跨度为l b,闸门全关时该梁作用着等效均布荷载q,把主横梁近似作为简支梁,则梁中点的最大位移49大连理工大学学报第46卷 y m ax =5ql 4b 384E I b (1)若设计人员遵守了设计规范规定[14],并假定取y m ax l b =1600(2)则有5ql 3b 384E I b =1 600(3)这意味着选用式(2)时作用在主梁上的最大总荷载为P m ax =ql b =384E I b3000l 2b (4)一根主梁上的P m ax 由两根支臂承担,则作用在支臂上的S 1,m ax 为S 1,m ax =P m ax 2=384E I b 6000l 2b =0.064E I b l 2b(5)因支臂面板无切向位移与侧向位移,所以可按两端简支杆确定欧拉临界力,从而有S 1,k =Π2E I a x l 2a(6)S 1,m ax S 1,k =0.0065I b l a I a y l b ・I a y l a I a x l b (7)规范规定,I b l a I a y l b 的取值范围为3～11[14],如按最不利情况考虑,取I b l a I a y l b =11,但规范对I a x 没有明确规定,一般I a y ≈3I a x ,并取l a =1.2l b ,则有S a,m ax ≈0.257S 1,k(8)从而可得负阻尼为[1]Ν1=S 08(S 1,k -S 1,m ax )≈0.043S 0S 1,m ax(9)若按文献[1]之图2选择S 0 S 1,m ax (很小开度时),则S 0 S 1,m ax <0.01,所以Ν1<0.0004,负阻尼非常小,是不会发生动力失稳的.假如小开度时闸后有旋滚,参考规范说明中关于强紊动区脉动压力的选值[14],则有S 0≈(0.2～0.3)S 1,m ax ,相应地Ν1≈0.009～0.013,对比表3中3号闸门的原型观测结果,那么就有可能发生参数振动而导致动力失稳.虽然,通常S 0远小于(0.2～0.3)S 1,m ax ,但如在闸门小开度时下游被淹没且有旋滚作用时,I b l a I a y l b 宜取规范规定的较小值,同时必须保证主框架平面外的刚度,即比值I a y I a x 亦不宜太大.2.2 支臂与面板联接处有侧向位移时形成参数共振导致动力失稳的估计在所讨论情况下,亦只考虑杆端纵向力S 1与脉动压力引起的负阻尼,相应的杆端条件如文献[1]之图3所示,K 1为侧止水的弹簧系数,由文献[1]知,Ν1=S 08(K 1l a -S 1)(10)为了对失稳的可能性作进一步估计,假定侧止水为P 形,橡胶头部直径为50mm ,按规范规定[14],侧止水预压缩量为2～4mm ,压缩弹性模量为5.5～6.0M Pa ,并取l a =10m .按不利情况考虑,取预压缩量为2mm ,止水橡皮压缩模量取E s =5.5M Pa ,以l s 表示在某一开度时侧止水压在封水座板上的长度,则有K 1=150×5.5×106×20.0252-0.0232×2l s =4.16×106l s N m把K 1值代入式(10)得Ν1=S 08(4.16×106l s l a -S 1)由上式知,开度越大,l s 越小,形成参数共振的可能性越大.万安水库大坝底孔弧形闸门泄流原型观测发现[8],当开度为5～6m 时(孔高9.0m ),l s 较小,S 1仍很大,虽然闸下为非淹没泄流,但支臂的侧向呈简谐振动,这是明显的自激振动,但侧向有闸墩的制约,所以侧向振动不会很严重.若取文献[7]之表1中的Ρ2乘2作为S 0,则相应Ν1的估计值列于表5.表5 与文献[7]之表1相应的表孔弧门负阻尼Ν1的估计值T ab 15 Evaluati on of negative damp ing rate Ν1fo r tainter gate co rresponding to T ab.1in L it .[7]e me HS 0 kNS 1 kNl s mΝ1 10-51.00.10933.793764812.00.21745.722793723.00.32663.822107634.00.43574.801727555.00.54375.31148746 由表5可见,因S 1远小于S 1,k ,所以Ν1非常小,不致形成参数共振.但假如止水橡皮运行时间较长后,压缩模量锐减,那么Ν1会增大,出现支臂失稳的可能性增大.59 第1期 刘永林等:水工弧形钢闸门动力不稳定性研究2.3 支臂与面板联接处有切向位移时在所讨论的条件下,既有支臂上的纵向荷载引起的负阻尼,又有因闸门开度变化诱生水动力荷载形成的负阻尼,由文献[1]知动力失稳的条件为Ν<Γ8+ln 2・C f C g ΘR R 3co s Η02g d d ΠI 0Ξn(11)为了计算Γ,必须确定相应的临界欧拉力,在所研究情况下,压杆的端点条件如文献[1]之图3所示,这时吊杆起上部弹簧的作用.设弧门吊杆或缆的长度为l c ,闸门重量为G ,吊杆受力近似为1.2G ,吊杆设计应力为100M Pa ,则K 1(N m )近似为K 1=E F c l c =E l c 1.2G 100=2520Gl c近似取S 1,k =K 1l a 代入式(11),得Ν<S 082520Gl cl a -S 1+ln 2・C f C g ΘR R 3co s Η02g d dΠI 0Ξn(12)试以文献[14]报道的闸门进行验算.该闸门高12m ,宽11m ,R =l a =13m ,l c =1.2l a ,G =3.7×105N ,失事时d =11.8m ,I 0≈0.7G 11g×132=4.06×105kgm ,co s Η0=0.8,并取C f =0.65,C g =1.2,R 3=0.15m ,Ξn =10rad s ,S 0=0.2S 1,经计算得负阻尼Ν1≈0.002+0.011=0.013对比表3中3号闸门的实测Ν值,已有可能达到Ν<Ν1的条件.而起主要作用的是式(11)右边的第二项,减小相应负阻尼的措施是提高I 0和Ξn .3 讨论与结论对3种典型工况讨论了支臂动力失稳的可能性.第一种工况:小开度、支臂与面板联接处无切向位移与侧向位移,数量估计表明,若主横梁刚度和单位刚度比都满足规范[15]的要求,且I a x >13I a y ,闸门下游无旋滚时不会形成参数共振;有旋滚且脉动压力达到规范说明中的参考选值S 0≈(0.2～0.3)S 1,m ax ,那么有可能发生参数共振而导致动力失稳.第二种工况:大开度、支臂与面板联接处有侧向位移时,深孔弧形门容易引起参数共振,表孔弧形门不易形成参数共振;若侧止水预压量和止水橡皮的压缩模量小于规范规定值,则另当别论.因侧向振动有闸室边墙制约,一般不会引起破坏性后果.第三种工况:小开度、支臂与面板联接处有切向位移,两种负阻尼同时存在,若单位挡水面积上用钢量过少,有可能使负阻尼大于结构阻尼导致支臂动力失稳,甚至产生破坏性后果.原型观测表明,弧形钢闸门的结构阻尼比较小,尤其是表孔弧形闸门,如凤滩3号闸门的阻尼比只略大于0.01,因此即使不出现动力失稳,如基频为脉压频谱所覆盖,那么也会出现明显的振动,所以对表孔弧形闸门应研究提高阻尼比及其他减振措施.参考文献:[1]阎诗武.脉动与振动[M ]∥泄水工程水力学.长春:吉林科学技术出版社,2002:2012207.[2]HA RDW I CKJ D .F low 2inducedvibrati onofvertical 2lift gate [J ].J Hydrol D iv ,ASCE ,1974,100(5):6312644.[3]PETR I RA TK .Sealvibrati on[C ]∥NAUDA SCH ER E ,ROCK W ELL D .Sy m posiu m on Practical Exper iences with Flow -I nduced V ibration s .Berlin :Sp ringer 2V erlag ,1980:4762497.[4]ISH I N ,I M A I CH I K ,YAM A SA K I M .F 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resonance m ay no t be fo r m ed .U nder the conditi on s of the large open ing w ith lateral disp lacem en t at the junctu re of the gate ar m and the panel ,the p aram eter resonance easily occu rs fo r the h igh 2head tain ter gates bu t no t fo r the low 2head tain ter gates w ith better seal.U nder the conditi on s of the s m all open ing w ith the tangen tial disp lacem en t at the junctu re of the gate ar m and the panel ,tw o k inds of the negative dam p ing ex ist ,and the dynam ic in stab ility of the gate ar m m ay be cau sed due to the negative dam p ing greater than the structu re dam p ing w hen the gate w eigh t is no t enough relative to the retain ing w ater area .A nd the resu lts of the fou r field tests on the structu ral dam p ing and natu ral frequencies of the tain ter gates are in troduced ,w h ich are necessary fo r judging the dynam ic in stab ility of the tain ter gate and show that the structu ral dam p ing of the barrage tain ter gates is very s m all .Key words :tain ter gates ;structu re dam p ing ;negative dam p ing rati o ;p aram etric resonance ;self 2induced vib rati on ;dynam ic in stab ility79 第1期 刘永林等:水工弧形钢闸门动力不稳定性研究。