大跨度弧形闸门的自振特性研究

以某水利工程弧形闸门的动力学问题为背景,考虑流固耦合效应对闸门结构自振特性的影响,应用ANSYS软件对大跨度弧形闸门的自振特性进行了计算,结果为最终设计方案的选定提供了技术依据,对同类闸门结构的设计计算也有参考意义。     

河口村水库2号泄洪洞弧形工作闸门设计研究

河口村水库2号泄洪洞弧形工作闸门孔口尺寸为7.5 ×8.2 m,设计水头75.43 m,为直支臂主纵梁结构,属于国内规模较大的深孔弧形闸门。在设计过程中对闸门进行了进一步的优化,采用了转铰式止水、主纵梁框架结构、门叶左右分节等设计方法,连接部位均采用高强螺栓连接型式,在结构计算时主要采用平面体系假定和容许应力法,对主纵梁框架结构进行了有限元分析计算,并对各处螺栓连接计算做简要的描述,确保闸门整体结构安全、合理、经济,为以后类似大孔口、高水头深孔弧形闸门设计积累了宝贵的经验。     

失效树模型在弧形钢闸门可靠性评估中的应用

针对影响弧形钢闸门可靠性的因素存在较大不确定性,本文引入失效树分析方法,建立了弧形钢闸门结构体系可靠性评估模型。该模型根据弧形钢闸门自身结构原因及运行条件,确定了影响弧形钢闸门可靠性的最小割集。通过对最小割集事件概率计算,得到弧形钢闸门可靠运行的概率,在理想条件下换算得到弧形钢闸门的可靠度指标,从而实现对弧形钢闸门可靠性评估。实例计算结果表明:某二级水电站弧形钢闸门可靠度指标为3.09,与极限状态值相比,认为是较为安全的;该计算结果得出的结论与该弧形闸门安全检测结论较为吻合,一定程度上验证了评估方法的正确性和实用性。     

潜孔弧形闸门静力有限元分析结果对平面体系计算结果的验证

目前,对于弧形钢闸门刚度、强度校核基本上是按照常规的平面体系进行结构计算,其计算结果不能有效反映闸门的空间效应。对于空间效应较强、结构较为复杂的大型水工钢闸门,宜用空间有限元复核计算结构。介绍了利用ANSYSY软件对某电站泄洪闸弧形闸门进行的三维有限元分析。从结构刚度和强度两个方面,对在最大水压力作用下闸门的安全性进行了分析,得出了一些有益结论并用于指导某电站的闸门设计。对初学三维设计者具有一定的参考意义。     

考虑流固耦合效应的弧形钢闸门地震动力响应研究

在地震高发的中国西南地区,地震激励对弧形钢闸门的安全持续稳定运行影响较大,有必要对弧形闸门在地震作用下的动力响应及安全性进行研究。以某工程表孔弧形钢闸门为例,通过建立考虑水体和结构耦合作用的三维数值模型,研究了弧形钢闸门地震动力响应,然后利用重力坝-库水流固耦合模型验证了计算方法的准确性和有效性,最后对弧形钢闸门进行动力时程响应分析,计算了弧门地震动水压力,并与规范方法进行对比。结果表明:本文提出的考虑流固耦合效应的动力响应分析方法适用于闸门地震动力响应计算;流固耦合效应对弧形钢闸门地震动力响应影响较大,考虑流固耦合效应的闸门动力响应计算结果比规范明显增大,两者最大比值达到2倍以上。闸门结构动位移响应峰值在闸门面板顶部中心,动应力响应峰值发生在下主横梁跨中;流固耦合的动力计算表明该闸门结构刚度满足规范要求,强度不能满足,上、下主横梁处为结构动力响应薄弱环节;对高水头采用规范法计算的地震动水压力偏大,对低水头动水压力计算结果偏小。考虑流固耦合的闸门结构动力响应分析研究能反映其真实力学特征,对于地震高发区弧形钢闸门的结构设计和安全评价具有参考意义。     

董箐水电站溢洪道超大型弧形工作闸门设计

董箐水电站仅具有日调节性能,工作闸门启闭较为频繁,且工作闸门的尺寸较大,是国内超大型弧形工作闸门之一,本文介绍了该弧形工作闸门的结构布置特点、设计思路及计算方法等,可供借鉴和参考。     

弧形闸门支铰大梁梁高优化分析

弧形闸门支铰大梁的梁高关系着闸室的稳定和施工经济问题。以某泄洪洞进水塔的弧形闸门支铰大梁梁高优化设计为例,利用ABAQUS有限元计算方法对不同梁高的支铰大梁进行了结构计算和应力分析,研究大梁在弧形闸门推力作用下的变形和其与侧墙交界面上的应力分布情况。结果表明:在考虑山体作用后,梁高为3.5 m的支铰大梁其最大主拉应力已低于混凝土的抗拉强度设计值,在保证支铰大梁结构安全的基础上,兼顾了工程经济效益。可为今后弧形闸门支铰大梁设计提供有效参考。     

基于MATLAB粒子群算法弧形钢闸门的优化设计

在传统的弧形钢闸门人工设计中,经常进行一些简单的、重复性的计算,并且设计的也过于保守,造成钢材及设计人员时间精力的浪费。随着计算机参数辅助化技术的不断发展,计算机的各种寻优计算被逐渐地运用到现实工程当中。运用粒子群算法对弧形钢闸门进行寻优计算,工作量小、计算时间短,耗钢量少,所以对闸门进行寻优计算就显得尤为重要。对粒子群算法的基本原理进行了介绍,建立弧形钢闸门主框架模型,同时建立了弧形钢闸门的数学模型。通过具体工程实例,将传统人工设计的结果和MATLAB中粒子群算法的优化结果进行比较。结果表明,粒子群算法对钢闸门的优化设计是可行的,比传统设计用钢量更少,为以后钢闸门的计算提供了新的思路和方法。     

沙阎路闸桥弧形闸门结构有限元分析

以九江市沙阎路闸桥工程上翻式弧形闸门为例,根据工程经验选定闸门结构形式,并通过ANSYS软件建立整体有限元模型,分别提出闸门面板、主梁、纵梁、支臂以及支铰等主要部件的应力值和位移量,从而分析计算闸门的结构的强度与刚度,判断结构的安全以及富裕量,以此来完成上翻式弧形闸门的设计。     

三支臂弧形闸门结构自振特性研究

为了掌握某水电站三支臂弧形闸门的自振特性,建立了4种计算模式下的有限元模型,运用ANSYS软件计算了闸门的自振特性并对不同计算模式下的计算结果进行了分析比较,研究结果可为同类闸门结构的设计计算提供参考。     

深孔弧形闸门静动力特性及流激振动

弧形闸门由于其启门力小、无门槽及运行操作方便等优点,在水工建筑物中得到广泛应用,但不少闸门由于结构设计、布置或运行操作不合理等原因,在运行中会发生强烈振动甚至结构破坏,影响闸门结构的运行安全,特别是高水头、有局部开启控泄要求的大跨度弧形闸门。通过水力学试验、三维有限元静动力分析和流激振动试验,系统研究了深孔弧形闸门的水力学特性、静动力特性、流激振动特性,揭示了闸门结构的流激振动共振现象,并针对分析过程中出现的应力、变形过大问题,提出了加强闸门结构强度和刚度的优化措施,确保其安全平稳运行。     

弧形闸门闸坝一体化静动力分析及安全评价

针对弧形闸门安全评价中采用的闸门单体计算模型过于简化的问题,应用有限元软件ANSYS对比分析了惯用的闸门单体结构模型与考虑止水摩阻及支铰和牛腿间直接作用的闸坝一体化模型在全闭和瞬间开启2种工况下的静动力特性。以闸坝一体化模型为准,在静力分析方面,在全闭工况时单体模型下框架主横梁的最大位移及等效应力分别偏大108.5%和67.1%,支臂内力偏大52.8%,单体模型下框架极不经济;在瞬间开启工况时单体模型上框架主横梁的最大位移及等效应力偏差分别为-10.1%和-21.2%,支臂内力偏小8.1%,单体模型上框架极不安全。在动力分析方面,止水及流固耦合作用使闸坝一体化模型的弧门前10阶频率最大下降48%,远离了流激振动的主频区,利于弧门的动力稳定。结果表明:合理弧形闸门结构安全评价的模型应为校核水位瞬间开启工况下的闸坝一体化模型,采用此工况及模型才能确保结构分析的正确性,实现闸门结构安全性与经济性的统一。     

支臂纵向连接系形式对弧形闸门的稳定性分析

为了解不同支臂纵向连接系的布置形式对弧形闸门稳定性的影响，以某水库溢洪道露顶式弧形闸门为研究对象，结合6种工程中常见的支臂纵向连接系的布置形式，利用有限元软件ANSYS对闸门模型进行静力分析和动力学计算。结果表明：支臂纵向连接系的布置形式对闸门支臂的影响较大，A字型支臂不适用于大跨度大半径露顶式弧形闸门；支臂纵向连接系的布置形式对闸门的固有频率影响较小；比较闸门各阶振型，支臂处最易发生振动。研究成果对弧形闸门支臂的优化设计具有一定的参考价值。     

弧形闸门抗磨蚀底缘研究

高含沙河流上具有局部开启运用要求的泄洪排沙孔洞弧形工作闸门底缘极易发生磨蚀破坏,传统修复方法时间长,且修复质量难以保证,影响工程防洪安全运用。通过对磨蚀破坏机理、弧形闸门结构及抗磨蚀材料分析比选,提出由抗磨板和承载构件组合而成的装配式抗磨蚀弧形闸门底缘结构设计方案,该结构不降低弧形闸门的整体强度和刚度,能显著增强弧形闸门底缘的抗磨蚀性能,能明显提升磨蚀底缘的修复效率和修复质量,既适用于新建弧形闸门,又适用于已服役弧形闸门底缘的改造。经小浪底水利枢纽工程4年的实际运用,效果良好。     

高坝洲深孔弧门静动力原型试验研究

采用电测法对高坝洲深孔弧门的静动力特性和局部开启时弧门结构的振动响应进行了检测,确定了弧门的不利运行开度,为高坝洲深孔弧门制定安全操作规程和竣工安全鉴定提供了参考资料。     

缅甸DAPEIN（I）水电站大坝泄水系统金属结构设计

介绍了缅甸DAPEIN（I）水电站大坝泄水系统金属结构的布置与设计,即溢流坝表孔弧门、排漂孔弧门的结构设计．对弧形闸门的“A”型支臂结构布置作了详细叙述．     

草街航电枢纽工程冲沙闸弧形工作闸门设计

草街航电枢纽工程冲沙闸工作闸门属于超大型表孔弧形闸门,闸门操作工况复杂,在校核洪水位泄流闸门全开时,闸门底缘仍处于水面以下14.18m。介绍了该弧形闸门的总体布置、结构设计形式、启闭机选型等主要技术问题,进行了闸门结构的流激振动模型试验研究,验证了设计的合理性。     

黄坛口水电站新弧形闸门静力试验及三维有限元分析

通过对浙江黄坛口水电站新弧形闸门的静力试验及三维有限元计算,并将试验值与计算值对比,说明新弧门安全储备较大、结构合理、计算模型客观可靠。并对计算和测试的方法、内容及成果分析,做了详尽描述,可供参考。     

拉西瓦水电站底孔偏心铰弧形闸门的设计

拉西瓦水电站底孔弧形闸门设计水头较高,运行工况有电站初期发电及渡汛水位的局开运行和电站建成后的全开运行等多种工况,设计难度较大。文章对拉西瓦水电站底孔弧形闸门的闸门与止水选型设计、结构布置、闸门水力学研究与闸室体形设计、结构设计中的动力稳定问题、荷载分析、启闭机位置与容量的选定、锁定设计及偏心铰弧门偏心参数确定等作了较为详细的介绍。