纵向框架连接系对露顶式弧形钢闸门静动力特性影响分析

弧形钢闸门是水利枢纽中重要的泄水建筑物,根据事故案例发现弧形钢闸门多因支臂失稳而发生破坏,布置支臂连接系在一定程度上可以增强闸门稳定性,但目前连接系种类众多且无明确规范布置方法。以露顶式三支臂弧门为研究对象,采用CAD-CAE联合仿真的数值模拟方法综合探究了不同形式连接系对该闸门静动力特性的影响。结果表明:连接系的布置可以显著提高闸门刚度,改变闸门结构应力分布,降低最大应力;支臂内部腹杆和斜杆对闸门静动力特性提升效果显著,应进行优先布置;在数值模拟中支臂连接系等构件对模拟结果影响较大,采用空间有限元法对弧形闸门支臂校核时应尽量避免对支臂连接系进行过度简化。研究成果对弧形钢闸门支臂连接系布置及有限元计算具有一定参考意义。

Calculation Method for Effect of Silt Sediment on Lifting Force of Hydraulic Gate

In this paper, silt sediment is considered to be Bingham body, which is made up of coarse and fine particles in front of a hydraulic gate. The coarse and fine particles provide friction and shear stress in the course of opening the gate. They constitute together the adhesion force of the sediment. Based on this viewpoint, this paper puts forward a formula for the effect of silt sediment on the lifting force. The formula includes gate weight, down-suction force, sealing rubber friction, plus-weight, water-column pressure, plus-silted-sediment weight and rolling(or sliding)-bearing friction. Finally, the verification results show that the formula has certain reliability and the calculation accuracy can meet the need of practical engineering.

复杂弧形闸门结构的CAD-CAE联合分析方法

针对闸门—闸墩结构有限元分析时前处理操作的复杂性,在三维实体建模软件SOLIDWORKS及网格划分软件HyperMesh中完成三维实体模型建立、组件整理、网格划分、设置约束及接触连接等复杂操作,在ANSYS APDL中仅需导入文件进行计算与数据处理。某工程闸门—闸墩实例分析结果表明,该方法综合了各软件优势,过程清晰,操作简单,易于修改,且各软件间数据传递完整,能提高复杂结构有限元分析效率。采用的前处理方法,仅需修改部分参数也可适用于ABAQUS/WORKBENCH等其他有限元计算软件中,可为类似弧形闸门设计及复核提供参考。

大跨度齿轮驱动旋转式弧形下卧门水动力特性及流激振动研究

为了对大跨度齿轮驱动旋转式弧形下卧门运行安全性进行评估,采用不同运行工况下的水流流态、水流脉动压力和波高等水力参数,应用水弹性振动模型测试不同运行水位、闸门开度条件下的结构振动加速度及振动位移。在此基础上对闸门全开平卧、全关挡潮及旋转180°上翻检修等全工况条件下的启闭力进行测试,并通过有限元分析下卧门结构在正常挡潮、风浪超高等工况时闸门结构位移、应力分布以及结构流固耦合振动特性,以及对通航孔下卧门的运行安全性进行分析。结果表明,闸门在开度0.4或0.5时出现流态转换现象,在流态转化区易引发下游三滚波浪或二滚波浪,相应水流脉动压力荷载也明显增强,但规范操作情况下一般不会产生强烈的振动现象。水流脉动压力主要集中在1 Hz以内的低频区,不会产生对闸门结构的共振现象。在闸门启闭过程中,由于底水封的作用,门顶溢流引起的闸门下游面板脉动压力要大于凹槽内上游弧面面板的脉动压力。下卧门在正常运行状态下,其启闭力满足启闭机设计容量,闸门最大启闭力出现在空载调试状态。该研究成果以及提出的安全运行操作建议可为类似超大型水闸工程提供参考。

基于VB的ANSYS APDL二次开发在弧形钢闸门设计中的应用

针对弧形钢闸门采用ANSYS有限元软件中APDL参数化编程语言进行闸门结构三维有限元设计时存在耗时长、效率低的问题,在APDL参数化编程语言基础上,提出一种基于VB的ANSYS APDL的弧形钢闸门设计与分析程序,并以某工程为例对该程序进行云图成果展示。结果表明,该程序能提高弧形钢闸门的设计分析效率,设计人员可根据实际工程需要进行调试,使设计出来的弧形钢闸门满足工程建设需要。

划子口大跨度弧形钢闸门原型振动观测初探

根据划子口钢闸门原型振动观测成果,从闸门结构的振动加速度、振动位移、振动应力、动水压力及启闭力观测等方面进行原型测量,评价弧形闸门在不同工况下闸门运行的安全性。提出大跨度弧形闸门运行中需要注意的事项,确保闸门安全运行,对其他类似弧形闸门的运行操作具有一定的参考意义。

弧门主框架及启闭机系统结构布置的多工况多目标优化

针对弧门主框架结构布置(主梁悬臂长度、主框架单位刚度比、弧门半径)及启闭机布置时,考虑工况单一、优化目标单一及以经验为主而无法实现全局最优的问题,依据现行水工闸门规范,采用多工况多目标整体优化的方法对闸门和启闭机系统结构布置进行整体优化,优化目标为:1)主横梁跨中正弯矩与支座处负弯矩的绝对值相等,并且在正常蓄水位闸门全闭工况、校核水位瞬间开启工况和闸门全部开启3种工况下的最大值达到最小;2)弧门半径达到最小,且不同工况下支臂端处负弯矩绝对值的最大值达到最小;3)液压启闭机的容量最小。根据规范确定以下约束条件:1)主横梁的悬臂长度;2)主框架单位刚度比;3)液压启闭机在弧门启闭全过程中的正常运行条件;4)弧门半径与门高比;5)液压启闭机启门力的允许范围;6)液压启闭机布置构造要求。据此建立求解弧门主框架和启闭机系统结构布置的多工况多目标整体优化模型。工程实例求得弧门主框架及启闭机系统结构布置最优时的优化变量为:无量纲主梁悬臂长度为0.160,主框架单位刚度比为8.69,弧门半径与门高比为1.3,启闭机吊点位置距闸墩侧墙无量纲距离为0.13,全闭时启闭机的拉杆与支臂的夹角为34.6°。研究结果表明:采用多工况多目标整体优化的方法对弧门和启闭机系统结构布置进行整体优化,不仅方法简洁实用,而且使弧门结构控制内力及启闭机容量均大幅减小,实现了该系统安全性与经济性统一的全局最优布置,同时弥补了中美两国现行规范及现有研究成果中不能考虑不同工况且主梁悬臂长度、主框架单位刚度比、弧门半径以及液压启闭机布置均凭经验选取的不足,又为中美规范的进一步修订完善提供了简明方法。

弧形钢闸门三维有限元分析

利用ANSYS软件对某水电站泄洪弧形钢闸门作了三维有限元变形、应力计算,得出了该闸门在静水压力下的变形及应力分布规律.并用改变构件局部截面尺寸法,对构件锈蚀引起的结构强度变化作了简单的探讨.

基于ANSYS的遗传算法在水工弧形钢闸门优化设计中的应用

提出了自适应概率的大变异操作,并以大型有限元软件ANSYS为工作平台,利用APDL语言直接实现了遗传算法,改善了遗传算法在小群体规模时容易出现的“早熟”现象,并成功地应用到水工弧形钢闸门的优化设计中,取得了理想结果,为遗传算法在大型实际工程优化中的应用提供了成功的例证.

锈蚀对弧形钢闸门静力性能的影响分析

以七一水库弧形钢闸门为研究对象,重点对闸门面板、主梁、支臂等部位进行涂层厚度检测与锈蚀检测,并分析检测结果;结合检测数据和设计图纸分别建立锈蚀前后的弧形钢闸门三维有限元模型,对锈蚀前后的弧形钢闸门静力性能进行计算,并分析模拟各构件不同锈蚀深度情况下对弧形钢闸门静力性能的影响。分析结果可知:锈蚀对弧形钢闸门面板、主梁、支臂等构件的应力分布影响十分有限,但会增大相应构件的应力值;锈蚀对钢闸门静力性能的影响主要体现为承载力降低,对刚度的影响较小;特定部位的锈蚀会对弧形钢闸门各个构件的强度都造成不同程度的削弱;锈蚀程度的加深将加速闸门构件强度的降低。

弧形钢闸门主框架的动力稳定分析

分析国内外某些低水头弧形钢闸门的失事破坏情况,指出在振动荷载作用下弧形钢闸门的支臂丧失稳定性是引起大多数闸门破坏的主要原因,据此利用B-R准则对弧形钢闸门主框架的动力稳定性进行研究,得出了几种简单荷载作用下主框架的动力稳定承载力,由此可知外荷载的类型及频率对结构的动力稳定承栽力有显著影响。此研究思路和方法可为弧形钢闸门动力稳定性的深入研究和工程应用提供参考。

腐蚀对弧形钢闸门动力特性的影响分析

基于流固耦合数值模拟相关理论与方法,利用有限元软件ANSYS12.0,构建了水流-闸门耦合分析的动力计算模型;结合ANSYS的声场分析功能及谐波声场分析准则,计算了各种腐蚀工况下闸门的自振频率并进行了模态扩展,探讨了腐蚀位置、蚀余厚度、腐蚀面积对弧形钢闸门自振频率及其振型形式的影响。动力计算成果分析表明:当面板腐蚀的位置在闸门顶端,或蚀余厚度≤5mm(5、4mm)时,对弧形钢闸门自振频率的影响相对比较明显;腐蚀工况下弧形钢闸门的自振频率偏低,若水流频率偏低时,可能产生共振现象,影响闸门的安全运行。

露顶式弧形闸门吊耳位置对启门力的影响

闸门启门力是启闭机容量选择的重要依据之一,吊耳布置位置不同,启门力大小亦有所改变。针对露顶式弧形钢闸门吊耳布置在闸门上游侧和下游侧两种情况,通过计算不同开度下启门力的数值,得到闸门开启过程中启门力随开度变化的曲线。分析表明:在闸门空载和闸门挡水两种工况下,露顶式弧形钢闸门吊耳布置在闸门上游侧和下游侧时,启门力数值都随闸门开度的增大而减小,吊耳布置在闸门上游侧与布置在下游侧相比,启门力变化平缓且数值较小;在实际设计过程中,吊耳布置涉及因素众多,不仅应考虑降低闸门的启门力以优化启门方案,还应当综合考虑闸门开启过程中的安全性与稳定性。

弧形钢闸门的安全性能评估研究

对运行了30多年的拉浪电厂泄洪弧形钢闸门进行安全性能评估研究,主要介绍安全评估的技术路线及方法,包括无损检验探伤结果、静态/动态有限元分析结果、静态/动态应力测试结果及探讨锈蚀和未焊透缺陷对结构强度的影响。测试及分析的结果表明,该闸门基本符合安全要求,并提出了针对性的改进建议。

大型水工弧形钢闸门流激振动物理模型—数值模型计算分析

针对大型弧形闸门在局部开启过程中因受水流脉动压力而导致的振动问题,以某水利枢纽弧形工作闸门为例,通过建立闸门有限元模型,计算了在考虑流固耦合影响下闸门的自振特性,并与模型试验测得的脉动压力特性进行对比,发现闸门发生共振的可能性不大。在模型试验测得的水流脉动压力的基础上,利用随机振动方法计算出闸门在典型水位不同开度下流激振动应力响应和位移响应。根据计算分析结果对大型弧形闸门的振动安全进行评价,并对闸门的安全运行调度提供合理的建议。

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。

弧门型钢混凝土闸墩内型钢布置形式研究

为研究闸墩内型钢布置形式对闸墩工作性能的影响,依据弧门支座附近闸墩局部受拉区配钢量不变原则,基于ANSYS软件建立不同布置形式的型钢混凝土闸墩模型,分别从闸墩位移、应力、裂缝分布和承载能力4个方面对闸墩内型钢布置角度和数量对闸墩工作性能的影响进行对比分析,得出型钢布置形式对型钢混凝土闸墩工作性能的影响规律。结果表明:对称荷载作用下,随着型钢数量增加,型钢混凝土闸墩位移、应力逐渐减小,承载能力逐渐增强;非对称荷载作用下,随型钢数量的增加,闸墩位移先减小后增大,闸墩应力变化不明显,闸墩承载能力先增强后减弱;保持型钢数量不变,随着布置角度的增加,型钢混凝土闸墩位移、应力先减小后增大,型钢布置扩展角为20°~30°时,闸墩裂缝扩散速度较慢。综合考虑,提出型钢混凝土闸墩内采用三根型钢以25°扩展角进行布置时为较好布置形式,这一结论在型钢混凝土闸墩设计中具有推广和应用价值。

埃塞俄比亚TENDAHO溢洪道闸墩及弧门支座加固设计

针对本工程溢洪道闸墩预应力锚杆发生断裂,导致弧门支座承载能力不足的请况,进行断裂原因分析。根据结构布置特点和工程施工状况,通过分析和计算,提出了取消原钢梁支座、增加钢筋混凝土牛腿作为弧门支座、在闸墩表面局部受拉扇形区设置钢板条替代受拉钢筋的加固处理方案。该加固处理方案解决了弧门支座承载能力不足的问题,研究成果对类似工程问题的处理有一定参考价值。

弧形钢闸门抗滑稳定可靠性分析

以弧形钢闸门自重、静水压力、闸墩及护坡自重、闸墩基础与地基间的摩擦系数和基底粘着力等因素作为随机变量,探讨了弧形钢闸门抗滑稳定可靠性分析方法,建立了抗滑稳定极限状态方程。结合工程实例对弧形钢闸门抗滑稳定可靠性进行了定量分析,可靠性指标b为4.1688,失效概率Pf为6.717×10-5,并与传统的容许应力法作了比较。结果表明,该方法更科学、更合理、更具有实际意义。

张峰水库溢洪道三支臂弧形钢闸门设计与研究

张峰水库是位于山西省晋城市沁水县郑庄镇张峰村沁河干流上的一座大型水库。文中阐述了张峰水库枢纽工程溢洪道大跨度三支臂弧形钢闸门的设计,并对扭角的计算及液压启闭机的选用、减小组合错位偏差等技术问题进行了分析研究。