弧形闸门支臂结构空间有限元分析原则研究

为确保有限元法在闸门支臂结构设计中有规可依且科学高效应用、克服设计过程中的随意性问题,对闸门支臂结构几何建模、网格划分、边界条件、荷载施加、分析计算、结果评价等方面进行系统研究。从弧形闸门支臂结构的稳定分析入手,综合运用有限元法与稳定理论对支臂结构的稳定性进行探究。研究发现:当采用常用的梁单元模拟支臂结构时,支臂结构的有限元分析结果由其网格数决定,合理网格数为20到40;考虑初始缺陷、几何和材料双重非线性的有限元法可准确快捷得到支臂结构的稳定临界荷载,线性有限元法一般偏大30%到297.29%。通过有限元分析原则的制定可为闸门结构的有限元分析评价提供安全高效的分析规则,为应用有限元法进行闸门设计奠定技术基础,进一步推动闸门设计规范颁布实施有限元分析的具体标准,提高闸门设计的质量和效率,推广有限元法在闸门设计中的应用。     

潜孔式弧门不同开度泄流时支臂稳定性分析

潜孔式弧形闸门在局部开启泄流时存在因支臂失稳而影响闸门安全的情况,结合工程实例,基于结构稳定性分析原理,采用ANSYS Workbench中Static Structural+Eigenvalue Buckling的结构屈曲分析技术,对闸门支臂进行不同开度工况下特征值屈曲分析,并针对临界屈曲荷载最小工况进行支臂非线性屈曲分析。结果表明,各开度下支臂各阶特征值失稳模态接近一致,各阶临界屈曲荷载随开度增大均呈现先减小后增大的趋势。在开度为0.05时,各阶特征值临界屈曲荷载最小,此工况下支臂非线性临界屈曲荷载更小,稳定承载能力更弱。实际设计中可对斜撑杆进行加强以提高支臂稳定性,实际运行中需尽量避免闸门在此开度工况下停留以防止发生失稳。     

初始几何缺陷在海底管道整体屈曲数值建模中的引入方法

对于管道后屈曲的研究通常采用有限元方法,基于有限元分析软件建立的海底管道整体屈曲分析的有限元模型必须引入几何缺陷。针对建模过程中初始几何缺陷的引入方法对管道前屈曲及后屈曲的影响,本文基于ANSYS建立了平坦海床上裸铺管道的非线性有限元模型,详细介绍了建模过程中初始几何缺陷的引入方法,并对几何缺陷的引入方法进行了对比分析。分析表明管道形成初始几何缺陷引起的残余应力对管道屈曲的临界温差及最大轴向总应变有明显影响,对管道后屈曲的变形及弯矩影响不大。     

基于CFD理论的弧形闸门三维模型数值研究

为了较为准确地了解弧形钢闸门的实际受力、变形等状态和特征,对弧形钢闸门建立了有限元模型,并进行了非线性空间有限元分析。结果表明,桁架内增设腹杆能有效避免支臂发生失稳,保证闸门的整体稳定性;降低腹板高度、增加翼缘宽度后,能有效提高支臂的屈曲荷载,有效避免支臂发生失稳破坏。     

董箐水电站三斜支臂弧形闸门三维有限元分析

通过CATIA平台对董箐水电站溢洪道三斜支臂弧形工作闸门进行三维线弹性有限元分析,计算弧形闸门在正常挡水工况下的静应力、位移和稳定性,以及闸门在自由状态下的动态特性,得出了以下结论：正常挡水工况下闸门受力较小;各阶模态的屈曲系数均远大于1,稳定性很好,支臂的稳定性相对而言是薄弱环节;闸门在自由状态下,1～10阶振动的频率在0～5Hz范围内,闸门的上支臂抗震性能相对较弱。     

乌东德水电站水工闸门动力安全评价

乌东德水电站泄洪洞工作闸门为弧型闸门,具有孔口尺寸大、水头高、流速大、局部开启运行的特点,研究闸门在流激振动下的动力特性具有重要意义。运用数值模型和物理模型相结合的方法进行了仿真模拟和试验研究,综合评估了闸门的流激振动安全性。结果表明：两种模型得到的7阶以内闸门自振频率较为接近,且振型相同,相互验证了彼此的可靠性;物理模型试验应力结果与数值计算结果较为接近,闸门支臂和横梁等主要构件的动静叠加应力不超过157 MPa,闸门下支臂与支铰连接部位腹板处测点应力较大,但未超过局部承压容许应力值。     

弧形钢闸门的动力稳定分析

分析了引起弧形闸门振动和破坏的原因，指出低水头弧形闸门在动水压力荷载作用下的失事往往由支臂杆的动力失稳引起，应该特别注意弧形闸门支臂杆的动力稳定性问题。给出了支臂杆的计算模型，讨论了其简化模型的合理性。以斜支臂框架为例，对两端铰结、一端作用有弯矩的斜杆进行了动力稳定分析。     

划子口河闸弧形钢闸门三维有限元分析与安全评估

划子口河闸拆建工程闸门为"Π"型弧形钢闸门,为掌握不同工况下的结构变形和应力分布,需要建立三维有限元整体模型进行分析.采用ANSYS有限元计算软件建立模型,按不同工况分别施加荷载.计算结果表明,5种工况下弧形钢闸门的结构变形都在允许范围内,应力值都在钢材的屈服应力以下.采用结构线性屈曲分析闸门结构稳定性,用有限元法求出结构的稳定安全系数,结果表明大部分工况下的稳定安全系数大于4,最先失稳的部位在跨中水平次梁处,建议适当加密跨中纵梁,以减小水平次梁计算长度,提高稳定性.     

导管架平台的二阶非弹性极限承载力分析

钢结构的高等分析是针对目前钢结构设计方法的缺陷而提出的一种二阶非弹性分析方法,考虑了几何初始缺陷、残余应力、剪切变形等非线性因素,能够准确地评估结构的极限荷载。本文将钢结构高等分析方法应用在海洋导管架平台极限承载力的分析中,以大型有限元软件ANSYS为平台,针对百年一遇工况下渤海的设计海洋荷载对结构进行静力分析。采用波流荷载的近似施加法进行二阶非弹性分析,分析不同初始缺陷对结构极限承载力的影响以及对比了两种缺陷分析方法对结构的影响。研究结果表明,钢结构的高等分析是必要的,初始缺陷与残余应力等影响因素会明显降低导管架平台的极限承载力,对于导管架平台的设计具有一定的指导意义。     

基于ANSYS的弧形闸门支臂屈曲分析研究

结合工程实例,利用ANSYS对弧形闸门支臂进行特征值屈曲分析。分析了支臂夹角、支臂主梁截面尺寸、支臂立柱截面尺寸、支臂斜支杆截面尺寸等参数对屈曲临界荷载的影响。结果表明:支臂失稳主要表现形式为支臂上主梁失稳,前10阶屈曲荷载相差不大,失稳变形随阶数增大而减小;支臂主梁截面尺寸对支臂屈曲荷载的影响最大,支臂立柱截面尺寸的影响基本可以忽略,不设置支臂斜支杆可明显提高支臂的稳定性。     

弧形闸门支臂受力计算分析

弧形闸门主要由门叶、止水、支臂、支铰、门槽埋设件、启闭机几部分组成。支臂是闸门受力传力的唯一构件，支臂受力分析计算是弧形闸门设计的关键。目前弧形闸门支臂结构设计计算一般均采用安徽院图解法和高校图解法两种，前者虽考虑止水摩阻力，但没考虑摩阻力方向，后者两者均没有考虑，设计过程中通过工程实例计算比较，认为全面考虑止水摩阻力和受力方向更为合理。     

武乡关河水库溢洪道施工技术

文中介绍了在武乡关河水库除险加固工程中，溢洪道建闸、弧形钢闸门制作安装的施工组织设计及施工技术，为大中型水库溢洪道施工提供了经验。     

水工弧形闸门试验模态分析

试验模态分析技术在水工结构中的应用，弥补了有限元计算中采用一系列假设和边界条件与实际情况不符的不足，为解决工程问题提供了有力的手段，简述了试验模态分析技术的原理，试验方法，并对一正在运行的闸门进行了模态分析，分析表明，弧形闸门的模态参数不仅受自身材料特性的控制，同时还受到试验工况的影响；当闸门处于不利开度时，会产生中等程度的振动。另外，在振动中还存在着一定程度的复模态因素。     

弧形闸门液压启闭机优化设计新方法

针对许多液压启闭机优化布置模型难以求解的缺点，另选两个优化布置变量，建立液压启闭机优化布置模型，详细推导了启闭机最大启闭力、工作行程与该变量的关系。并导出启闭机最大启闭力-工作行程关系曲线，阐述了利用该曲线求解优化布置模型的方法。     

泽城溢洪道弧形闸门制作工艺及质量控制

弧形闸门是堤坝闸门中制作难度最大的一种闸门之一,从面板的排料,到每块面板的卷弧、弧形工作台的精细调整、每一道焊缝的施焊,再到整体组装,每一道工序的要求都极为严格。文中从细节入手,详细介绍了山西省泽城西安水电站（二期）工程溢洪道弧形闸门的制作工艺过程、质量控制关键点等内容。     

露顶式弧形闸门启闭机选择分析

通过对我国露顶式弧形闸门启闭机的简要发展过程的介绍,从不同的启闭机及其布置的特点比较了它们的优劣和可能存在的问题,指出目前在选择启闭机时的缺陷和建议。     

弧形闸门支承结构的预应力补强加固技术

介绍了弧形闸门支承结构的预应力补强加固方法。根据弧门推力和结构内力,平行弧门推力方向布置钢绞线,锚固端埋人闸墩上游内部,对支座施加的作用力与弧门推力方向相反,以抵消部分推力。这种方法概念清晰,受力明确,不破坏原结构的整体性,施工快捷简便,应用前景广阔。     

马迹塘大坝增设泄洪闸检修门的实践

马迹塘水电站为我国首座贯流式电站,大坝23孔泄洪闸没有设置检修门,工作弧门常年挡水而不能做启闭检修调试,出现门体锈蚀、止水撕裂、支铰发卡等严重危及泄洪闸安全运行的现象。经详细的技术、经济与施工难度比较后,选择了叠梁式检修闸门方案,在不降水位的情况下成功的设置了检修闸门。     

广西郁江老口航运枢纽工程泄水闸坝门型设计方案选择

介绍了广西郁江老口航运枢纽工程对泄水闸坝闸门门型的选型设计.文中提出了平板闸门和弧形闸门的比较方案,通过对泄流能力、环境影响、施工条件及后期运行管理务件的分析,最终推荐采用了弧形闸门方案.     

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。