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 ．
开度 的增加 而增 大 。
表 １ 无水时闸门结构 自振频率计算结果
（ ）闸门结 构较 大 的径 向、切 向位移 发 生在 面 １ 板上 。 门结构 上最 大径 向位 移发生 在面板 区格 内 ， 闸 闭 门挡 水 与 开 启 瞬 间 时 的 位 移 值 基 本 相 同 ， 为 约 ５０ｍｍ； ． 最大切 向位 移发生 在底梁处 ， 中， 其 闭门挡
杆 完好 两种情 况计 算 ： 正常运 行时 闸 门承受 １ ． 非 ３７ ４
收稿 日期 ：０ ２ ０ — １ ２ １－ ７ ３
图 ２ 闸门有限元模 型
Ｉ 水 头 的静 水压力 作用 ．按 闸 门开启 瞬 间左 侧启 闭 ｎ 杆 失效 的工况计 算 。
作者简介 ： 黄
峻（９ ２ ）男 ， １７ 一 ， 湖南宁乡人 ， 高级工程师 ， 主要从事水 工金属结构方面的研究。
粱格 ２ 梁格 ３
梁格 ４
次梁 下主
底梁
具有如下特点 ： ①跨度 大 ， 闸门的宽 高 比悬殊 ； 且 ② 闸门需作局部开启运行 ， 水位组合复杂 ； 闸门 ③
的主要 运行 工 况 为淹没 出流 。鉴 于 以上 特点 ， 对 需
该 闸门进行专 门 的分 析研究 。 ２ 计 算 方案
２ １ 闸 门 结 构 布 置 ．
图 １ 闸门面板 梁格 结构编 号（ 右半部分 ）
为便 于描 述 ， 闸 门结 构各 部 分 进行 编 号 （ 对 图 １ 。 门在 上 主梁 以上 及下 梁 以下 的封 闭 区格 内增 ）闸 设 了沥青 配重 ， 中上 主梁 以上 区格 内布 置沥 青 配 其 重 总体 积 约为 ２ ．９ ３重 约 ２ ．１ ６ｔ沥 青 密 ０ｏ ２８ｍ ， ４１ １ ３ （
３ 计 算结果 ３１ 位移 计算 结果及 分析 ．
下， 闸门结构各 部件 的最 大折 算应 力变化 不 大。 ３３ 自振特性计 算结 果及 分 析 ． （ ）闸门结构无 水 时及 有水 时前 ３阶 自振频率 １
Hale Waihona Puke 计 算结 果如表 １２所 列 ， 表 中可 以看 出 ， 、 从 不论 是无 水情况 还是有 水情 况 ，闸 门结构 的 自振频率 均随着
３ ・ ３
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２１ ０ ２年第 ８ 期
甘 肃 水 利水 电技 术
第 ４ 卷 ８
２３２ 自振 特性计 算工 况 ．．
（） ４ 与正 常运行 情 况下 相 比 ，非正 常 运行情 况
结合 该 闸 门的实 际 运行 情况 ， 分别 按 不考 虑 闸 门 结构 与水 体 的耦合 效 应 （ 称 无水 ， 同 ） 简 下 和考 虑 闸 门结 构 与水体 的耦 合 效应 （ 称有 水 ， 同） 种 简 下 两 情 况 对 闭 门状 态 以及 开度 ２５ｍ、 ． Ｉ、． ｎ 等 工 ． ２８ ｎ ３５ ｌ 况 下 闸门结 构 的 自振 特性进 行 了计算 研究 。
１ 前 言
跨 １纵 ｌ跨 ２纵 ２跨 ３纵 ３顶梁 纵 ４跨 ５ 纵 ５ 跨 ６ 边梁
梁格 １ 上主
某水 利枢 纽布 置有 ３孔 １ ． ３５ （ × ） ８０ ｍｘ ． ｍ 宽 高 潜 孔式 闸孔 ， 闸室 为平 底 槛 ， 槛 高程 为 一 ． Ｉ， 底 ０ Ｉ枢 ５Ｔ 纽 主要 功 能为分 洪 ， 同时兼 顾 引水 以解 决 农业 灌 溉 及 改 善 水 环境 的需 要 ．按 １０年 一 遇 闸前 洪 水 位 ０ １． ３２ ４ｍ设计 。 大下泄 流量 １ ０ ３ 。 工作 闸 门 最 ０ｍ ／ 该 ２ ￥
第 ４ 卷 第 ８期 ８
２ｌ Ｏ ２年 ８月
甘 肃 水 利 水 电 技 术
Ｇ Ｓ ＡＮ Ｕ Ｗ Ⅱ Ｒ Ｓ Ｒａ隅 Ａ ｆ ｌＯＰ Ｅ ＯＵ ＮＤ Ｈ１ ）【 ｏＷ捌ＲＴ Ｃ ０ ｌ 】 Ｅ 删 】 （
Ｖｏ ．８． ． １ ４ Ｎｏ８
Ａｕ ．２ １ ｇ，０ ２
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设计与研 究・
度取 １ ｍ ）下 主梁 以下 区格 内布置 沥青 配重总 体 ．ｔ ３． ２／ 积约 为 １ ． ３重 约 １ ． ４ｔ上 、 区格 内共 布 置 ２２ Ｉ ， ２ｎ ４６ ， 下 ６
沥青 配重总体 积约 为 ３ ．１ 。重约 ３ ． ５３ ２ ２８ｎ ， ３ Ｉ ８７ ６ｔ ７ 。