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。

基于动态组合赋权云模型的弧形钢闸门安全性评价

闸门的安全性评估是闸科学管理的关键环节。鉴于传统单一评估方法赋权存在的局限性,综合考虑闸门安装质量、启闭力、腐蚀程度等安全性评价指标,针对某些评价指标具有不确定性和模糊性的特点,引入动态组合赋权算法,重点考虑时间推移下弧形钢闸门各评价指标权重的变化,利用三标度法与熵值法得到组合权重,最终实现评价指标权重的主、客观与动静相结合,构建了基于动态组合赋权的弧形钢闸门安全性云评价模型。工程应用结果表明:所建立的评价模型不仅能定量且直观地反映弧形钢闸门安全性评价结果等级,而且能体现评价等级的时间推移规律,使得评价结果更符合实际情况,可以更好地反映钢闸门的运行情况。

船舶撞击下弧形钢闸门的动力分析

针对撞击过程中闸门损伤的瞬时多变性等问题,本文采用有限元法模拟船舶撞击弧形钢闸门。利用ANSYS建立船与闸门的接触模型,采用LS-DYNA3D进行有限元仿真分析。研究了不同速度和船舶质量的船舶撞击力,不同工况下闸门的位移、等效应力和等效塑性应变以及撞击过程中的能量特征曲线。根据闸门受力特点布置压杆,研究其对支臂的保护作用。计算结果表明:支臂和面板是受到闸门结构安全防护的重点部件,在支臂的分叉点与纵梁翼缘上均匀布置压杆,能够吸收撞击动能,减少闸门损伤。仿真模拟结果展现了船舶与弧形钢闸门碰撞全过程,为闸门的设计和制作提供了真实可靠的数据,也对现有闸门的加固提供了参考。

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.

轻型弧形钢闸门事故分析研究

弧形钢闸门以其合理的构造形式和良好的运行效果,在水工建筑物中获得广泛的应用。实践表明,绝大多数孤门经受了设计条件考验,运用性能良好。但是,由于弧门结构中传递水压的细长支臂对动力作用非常敏感,稳定问题尤为突出,运行中也发生了一些问题。我国早期建造的部分水库溢洪道及各类水闸用的低水头弧形钢闸门,由于种种原因,有的发生了强烈振动,有的甚至遭到破坏。日本、美国、葡萄牙等国也有类似事故发生。总结分析弧门事故,探讨其破坏机理,对防止事故继续发生、改进闸门设计及完善制造安装均有重要意义,同时也可把理论研究推进一步。

蒙城弧形钢闸门的三维数值分析

基于有限元分析软件ANSYS建立了蒙城船闸上游弧形钢闸门的三维数值模型,计算分析了船闸在各种工况下的闸门应力、位移挠度等静力特性,并对弧形闸门进行了模态分析,计算了闸门在不同开度下的自振频率。

三峡导流底孔弧形钢闸门结构应力有限元分析

以三峡导流底孔弧形钢闸门为研究对象,采用大型有限元软件MARC进行应力计算分析,提出了一种板壳单元应力成果整理方法,并介绍了应力转换的理论公式。针对弧形门这样的大型复杂钢结构的应力有限元分析,采用了在满足计算精度的前提下,控制计算规模的方法。同时给出了门叶结构中面板和纵、横梁各构件的应力分布规律和受力特征。计算结果表明,三峡泄洪坝段导流底孔弧形钢闸门,除局部承压的角点应力较大外,各构件应力均小于钢材允许应力,满足设计要求。

弧形钢闸门空间框架体系可靠度分析

根据《水利水电工程钢闸门设计规范》、结构可靠度理论及弧形钢闸门空间框架的失效模式，提出其空间框架体系可靠度计算的串联模型及计算方法；在对钢闸门基本构件可靠度研究的基础上，应用该串联模型及计算方法，分析了弧形钢闸门空间框架体系的可靠度。结果表明：按现行规范设计的双支臂弧形钢闸门空间框架体系的可靠度指标最低为３．４（１６Ｍｎ钢）或３．２（３号钢），比基本构件的可靠度指标小０．８５，与建筑《设计标准》的可靠度指标一致。

弧形钢闸门主框架柱计算长度系数实用计算方法

通过分析现行弧形钢闸门支臂稳定设计方法的不足,参考修订后的GB 50017—2003《钢结构设计规范》,利用能量法,选择恰当的挠曲函数,提出弧形钢闸门主框架柱计算长度系数的实用计算方法。该方法计算简单方便,物理概念明确,计算结果准确,可方便工程设计。

淤泥对弧形钢闸门启门力影响的计算方法

为了估算泥沙淤积对弧形钢闸门启门力的影响,提出了一个计算公式.该公式将门前淤泥考虑为由粗细颗粒组成的宾汉体,同时考虑了泥沙附着力的力矩、梁格中附带泥沙重力的力矩、转动铰摩阻力的力矩、止水摩擦力矩、下吸力的力矩以及闸门重力和外加重力的力矩对弧形钢闸门启门力的影响.并利用该公式计算的弧形钢闸门启门力和西洱河二、四级电站泄洪闸门的实测资料进行对比得出:在门前泥沙淤积厚度较低的情况下,弧形钢闸门的启门力矩主要由闸门重力和外加重力决定,但是由泥沙引起的启门力矩变化也是不容忽视的,是导致闸门开启困难的影响因素之一,因此在设计过程中应充分考虑泥沙淤积对闸门启门力的影响,制定出合理的操作和维护方案,以防止闸门启闭困难情况的出现;该公式在计算门前有泥沙淤积情况下的启门力时,其计算精度能够满足工程实际需要.

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。

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。

拓扑优化在大型弧形钢闸门优化布置中的应用

采用拓扑优化理论进行水工钢闸门的布置优化,得出了大型钢闸门的合理结构形式:横向框架悬臂段长度为横向主梁长度的0.22倍;纵向框架悬臂段长度为纵向主梁长度的0.39倍。为水工钢闸门的设计提供了一种理性且实用的优化布置方法。

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。

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。

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。

用层次分析法对弧形钢闸门主框架可靠性评估

基于可靠性原理 ,对弧形钢闸门主框架结构的失效模式进行了分析 ,确定了弧门主框架体系可靠性分析模型 ,对弧形钢闸门主框架结构荷载及抗力作了统计分析 。

弧形钢闸门主框架的稳定性

根据现行SL74-95《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GB50017-2003《钢结构设计规范》的规定,提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,通过对主横梁门式框架计算简图的分析,利用转角位移法,提出了弧形钢闸门主框架柱的计算长度系数的精确公式。由于此弧形钢闸门框架柱计算长度系数的精确公式是超越方程,不便于求解,针对此问题,考虑了临界荷载与支撑刚度的关系,从而又进一步提出了弧形钢闸门框架柱计算长度系数近似计算公式。研究结果表明,推导的计算弧形钢闸门主框架柱的计算长度系数的近似公式计算简捷方便,在一定的侧向支撑刚度范围内精度较高,可供工程实际应用。

关于大中型弧形钢闸门合理结构布置及计算图式的探讨

我国水利水电工程钢闸门设计规范中对于弧形钢闸门的结构布置原则及计算图式，经实践检验存在如下不足之处：简单地按平面主框架计算图式进行计算，未能反映弧形闸门空间整体结构的空间效应；现有的结构布置原则不尽合理，使主要构件受力复杂化。为此提出了合理的弧形钢闸门布置原则及计算图式，以适应闸门空间整体结构特性。具体布置原则为：主梁布置宜采用并字架结构，４根支臂直接交承在主梁的４个交叉点上；纵、横向主梁的悬臂长度应以其支座处截面转角为零予以确定，从而使主梁不发生扭转变形，支臂在竖向及横向平面内均不承受弯矩，只承受轴向力。文中并就纵、横向主梁的合理悬臂长度等问题进行了研讨。

弧形钢闸门流固耦合自振特性分析

为了使设计的闸门自振频率远离水流的高能脉动主频率段,以保证闸门的安全,采用三维有限元的数值方法,考虑流固耦合作用,得出了弧形钢闸门在不同开度下的自振频率和振型模态特性。计算结果表明:水体对闸门的影响总趋势是使其自振频率降低、振动模态发生变化;闸门的自振频率随着开度非线性变化。