弧形闸门液压启闭活塞杆与开度耦合控制分析

液压启闭机启闭弧形闸门在现代水利工程中得到广泛应用。如何精准控制闸门开度是曲线型堰顶工程的一个重要问题。液压启闭机的工作原理是把活塞杆的伸长缩短直线运动转换为弧形闸门启闭的圆周运动。活塞杆的直线运动、弧形闸门的圆周运动和闸门开度形成耦合关系。把三者的坐标转换为同一坐标系,建立活塞杆的运动方程,找到连接各系统的耦合目标值,再通过数值分析,解析出活塞杆的伸缩长度与闸门开度的耦合关系,就可以通过控制液压启闭机活塞杆长度,精准控制闸门开度。

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。

零陵宋城东门拱券的损伤机理与加固技术研究

零陵古东门遗址,宋明两朝城门共处,至今为全国孤例。遗存至今的宋城东门变形严重、裂缝超宽、支护濒临失效,拱券随时有坍塌可能。基于文献成果和勘测数据,对宋城东门的损伤机理进行系统分析,提出清除券上再生树桩、设置新钢结构支护、对拱券实施渗透灌浆等方案。运用STS/SPASCAD和PMSAP进行建模、计算、比较分析,确定以型钢HW100 mm×100 mm×8 mm×10 mm为拱形支护刚架,并对支护刚架安装和拱券破损部位修缮进行探讨。

零陵明城东门的损伤机理与遗址保护研究

零陵古城东门,宋明两朝城门共处,至今为全国孤例。遗存至今的明城东门变形严重、裂缝超宽,虽有简易支护,但濒临失效,拱券随时有坍塌可能。基于文献成果和现场勘测数据,对明城东门的损伤机理进行分析。本着加强古遗址保护、延续历史文脉的原则,提出清除寄生于拱券护墙及上部夯土墙中的乔木、生树桩,设置新钢结构支护,对拱券实施渗透灌浆等处理措施。运用STS/SPASCAD和PMSAP进行建模、计算、比较分析,确定了以H型钢HW150×150×7×10为拱架支护骨架,并对支护安装和拱券破损部位修缮进行了探讨。

地下矿山指状闸门硐室高支模的设计应用分析

针对地下矿山指状闸门硐室拱形顶板混凝土的施工,搭设了模板支撑架体,分析支撑体系的力学性能。对比分析了扣件式钢管脚手架、碗扣式脚手架及承插型盘扣式脚手架的优缺点,方案设计采用承插型盘扣式钢管满堂支撑脚手架,利用有限元方法计算拱形模板支撑架体,验算支架体系的变形、组合应力及稳定性满足规范要求。采用有限元软件MIDAS Civil建立了指状检修闸门操作硐室模板支架有限元模型,解决了拱形顶板难以计算及采用平板近似计算不准确的问题,为拱形模板支撑体系的设计分析提供参考。

高拱坝表孔宽尾墩对泄洪能力影响的试验研究

为了研究高拱坝采用堰顶宽尾墩收缩射流技术对过流能力的影响 ,本文在溪洛渡 1∶10 0的整体模型上对不同堰前水头和不同宽尾墩收缩比条件下的流态和泄流量进行了试验研究。结果表明 ,随着堰前水头和不同宽尾墩收缩比的变化 ,闸室中会出现自由跌流、急流冲击波、水跃壅水和缓流 4种不同的流态 ,而不同的流态 ,影响泄流量的因素也不同 ,定量给出了设计洪水及校核洪水时收缩比对过流能力的影响。

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。

基于模态叠加法的弧形闸门流激振动反分析

水利水电工程泄水弧形闸门的流激振动现象是十分普遍的,这些振动有时会影响工程安全运行,甚至会造成结构失事,一直受到设计和管理人员的重视。基于模态叠加法,提出了水工结构流激振动反分析方法,可用于由少量测点的动位移实测值反馈分析出整个结构在水流动力荷载作用下的动位移场和动应力场。通过反分析计算得到的弧形闸门应力值与使用Ansys有限元计算软件的计算值进行对比,可以看出,反分析计算结果与实际计算结果非常接近,从而验证了动位移、动应力反分析程序的正确性,并通过与水弹性模型试验的比较进一步验证了反分析程序的正确性。

西安古城墙抗倾覆稳定性及城门券洞承载力分析

从保护古建文物的需要出发，依据现代地震工程理论，对西安古城墙的稳定性进行了分析，提出了分析模型，并对城门券洞的承载能力进行了校核，结论可作为有关部门古建文物保护的参考依据．

大型渠道弧形闸门过流公式测试比较

【目的】利用大型渠道实测数据,评估不同弧形闸门过流公式的适用性和性能。【方法】以南水北调中线干渠严陵河闸为对象,收集约18000组监测数据,分析不同工况下的闸孔出流特性,测试国内外常用的7种过流公式。【结果】实测闸下收缩断面弗氏数位于0.152~0.985区间,超出了南科院(NHRI)经验公式的适用范围;实测孔堰流分界点e/Hu接近0.991,超出了武水(WHUEE)经验公式的适用范围。CAP公式、无量纲公式和3种二次型经验系数公式的数据拟合R2分别为0.989、0.996、0.809、0.822和0.832,流量计算平均绝对误差MAE分别为2.25%、2.65%、4.11%、4.08%和3.98%。各公式在低、中潜流比下(X_(r)≤0.9)流量计算误差|E|max均小于10%,在高潜流比时(X_(r)>0.9)达18%(CAP公式)、25%(无量纲公式)和36%左右(3种二次型经验系数公式)。【结论】所测大型弧形闸门的工作区间明显超出了南科院和武水经验公式的适用范围,5种国外公式在低、中潜流比下(X_(r)≤0.9)流量计算误差均在10%以内,在高潜流比下明显增大,推荐优先采用CAP公式和无量纲公式。

拱形闸门流激振动特性分析

针对某拱形闸门的流激振动问题,结合水弹模型试验结果,利用ANSYS软件对闸门不同工况下的流激振动特性进行了数值模拟研究,得到了闸门不同工况下应力和位移数据,计算结果同模型试验成果吻合较好。同时,对拱形闸门的安全进行了分析,并提出了相应的建议。

盘石头水库输水洞工作闸门过流规律特性分析

介绍了盘石头水库输水洞工作闸门过流规律的试验结果，并将其与水力计算结果进行比较，分析了影响试验与计算结果偏差的因素。指出像盘石头水库输水洞工作闸门这样通常在高水头、小开度工况下运行的情况，其闸孔垂直收缩系数ε不仅与闸前、闸孔的几何条件有关，还与闸前压力有关。

高拱坝深底孔出口悬臂结构的敏感性分析

为探究高拱坝深底孔出口悬臂结构的影响因素,通过四种设计方案,分别研究闸墩厚度、支铰大梁高度、弧门推力位置以及预应力锚索对底孔出口悬臂结构关键部位应力的影响。采用ANSYS有限元分析法,建立高拱坝深底孔有限元模型,选取坝体在正常蓄水位时的运行工况进行计算。结果表明,对于100 m级以上高拱坝深底孔悬臂结构,当底孔出口悬臂结构大于25 m时,在其关键部位会产生较大的拉应力。因此,建议通过在闸墩布置预应力锚索和调整闸墩厚度来减少闸墩与坝下游面相交处的拉应力,通过在支铰大梁两侧布置预应力锚索和增大支铰大梁高度来减小闸墩内侧与大梁相交处的拉应力。该研究结果可以为降低高拱坝深底孔出口悬臂结构关键部位或者相类似悬臂结构的应力提供一定参考。

一种新型闸门力学性能的理论和试验研究

新型双拱钢管结构闸门是大跨空间结构在水工闸门中一个新的应用,将在被誉为"中国河口第一水闸"的曹娥江大闸作为挡潮泄洪闸门首次使用。该文以曹娥江挡潮泄洪闸门为原型对这种闸门进行了力学性能的试验和理论研究,首先进行了缩尺模型试验,试验结果分析表明双拱钢管结构闸门的主要受力构件为正拱、反拱和弦杆,它们组成了共同受力系统,以承受轴向应力为主,沿跨度方向受力均匀,材料的利用率高,这说明其形体是合理和优化的。进一步分析其承载特性,发现承载特性可以分为三个阶段:弹性、局部塑性和破坏阶段,拱脚和正拱、反拱交叉节点是薄弱之处,最先破坏。接着对闸门主要受力构件进行了简化理论分析,得出了理论计算公式,并和有限元计算做了比较,验证其精度满足工程要求。

高拱坝表孔宽尾墩跌流水舌运动特性研究

为了探索高拱坝坝身表孔溢流采用宽尾墩堰顶收缩射流技术的可能性,在对水舌分散机理进行理论分析的基础上,对300m量级高拱坝条件下不同出流角度和不同泄流量下的宽尾墩射流水舌形态进行了实验观测.结果表明,采用跌流出口时,当跌流水舌在出口断面处于急流流态时,受断面收缩形成的冲击波的影响,跌流在出口断面沿垂向不同深度的水质点出射方向发生明显的改变,水舌在纵向明显拉开,具有良好的分散特性;当跌流的出口为缓流时,跌流水舌形成类似舌形坎的水舌流态,入塘水舌成月牙形,无论在纵向还是横向均充分拉开,使入塘水舌的分散度大大增加.

高拱坝表孔宽尾墩体型参数对泄流能力的影响

高拱坝坝顶较薄,表孔溢流坝面较短,导致宽尾墩应用于高拱坝表孔对泄流能力会产生一定的影响,为探究满足表孔泄流能力设计要求的宽尾墩体型,基于东庄水利工程,采用数值模拟方法,研究宽尾墩俯角、收缩比、墩尾折角、始折点位置等体型参数对高拱坝表孔泄流能力的影响以及泄流能力与过堰水流弗劳德数Fr的关系。研究结果表明,表孔泄流能力随着宽尾墩俯角的减小而减小,随着收缩比的减小而减小,随着墩尾折角的减小而增大,随着始折点位置与堰顶水平距离的减小而减小;提出了表征宽尾墩各类体型参数与堰上水头影响的综合影响系数k综,当k综≥2时,宽尾墩不影响表孔的泄流能力,当k综<2时,随着k综值的减小,宽尾墩对表孔泄流能力的影响逐渐增大;过堰水流Fr沿程变化曲线在宽尾墩始折点上游存在一个折点,该折点处的Fr越大,宽尾墩对表孔泄流能力的影响越小。

高拱坝宽尾墩三维流场数值模拟

高拱坝表孔宽尾墩收缩射流水舌的扩散特性与其出口流速分布密切相关,为了求得收缩射流的水力特性,应用RNGk ε双方程湍流模型对高拱坝表孔不同体型及过流量条件下可能出现的降水曲线流态、急流冲击波流态、水跃壅水流态、缓流流态4种流态进行了数值模拟计算,水流自由表面的模拟采用VOF法,得到了溢流水面及流速分布。结果表明,无论在何种流态下,计算所得的水面曲线均与物理模型试验值吻合良好,所得的出口流速分布结构也验证了高拱坝宽尾墩收缩射流水舌不同流态下分散的机理。

上翻式拱形闸门的流激振动控制及原型观测验证

通过物理模型和数值模型相结合的方法,系统研究了大跨度上翻式拱形闸门水动力荷载、结构动力特性和流激振动特性,揭示了闸门结构的流激振动强烈共振现象及成因。针对存在的强烈振动的问题,通过减小闸门底缘下游倾斜面水平面投影面积、缩减闸门底部小横梁尺寸等方式来进行结构优化。优化后的工程现场原型观测结果显示,推荐布置方案有效控制了闸门的有害振动,运行平稳,安全可靠,验证了物理模型试验成果的正确性。

高拱坝表孔宽尾墩流道内水流特性的数值模拟研究

宽尾墩应用于高拱坝表孔后,其下泄水流的空中扩散特性与宽尾墩流道内的水流特性密切相关。采用k-ε双方程紊流模型对宽尾墩应用在高拱坝坝身泄洪表孔时的水流特性进行了3维数值模拟,给出了孔流道水面线、压力、流场等水流特性。计算值与模型试验值对比,两者吻合较好。计算结果发现,坝面中线压力分布与侧墙压力分布存在相似规律,所不同的是侧墙压力在宽尾墩转折点位置存在局部增大;墩尾压力分布受墩内水流流线弯曲影响,其分布不再符合净水压力分布规律;墩尾水流流速大小沿水深方向变化不大,但流速方向变化比较明显。

拉浪水电站弧形钢闸门检测计算及粘钢加固

拉浪水电站溢流坝段露顶弧形钢闸门的主梁、纵隔板、支臂的应力值都超过了允许应力,需要加固处理。加固方案采用"点焊灌胶粘钢法"。该方法是先在粘贴的钢板周边与原钢板点焊,并用YZJ 1结构胶密封,预设灌胶嘴及排气孔,然后用0 3MPa的压力向粘钢与原钢板之间预留的1～2mm的间缝中灌注YZJ 3胶,待72h固化即可受力使用。新老钢板粘结密实度达100%,加固后实测应力降幅都在50%左右,满足了应力要求。"点焊灌胶粘钢法"是一创新,通过在拉浪水电站弧门加固的大量实测结果证明,该方法可靠并可保持结构不变形。