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。     

锈蚀后深孔弧形钢闸门安全评估及寿命预测

深孔弧形钢闸门长期运行后面板将会发生严重的锈蚀现象,对其安全运行造成了重大隐患。以运行20年的三峡大坝某深孔弧形钢闸门为例,对其面板锈蚀区域及厚度进行了现场检测,根据检测数据建立了锈蚀后深孔弧形钢闸门数值模型,对锈蚀前后深孔弧形钢闸门安全性能进行了对比分析,基于现场检测数据预测了深孔弧形钢闸门不同运行年限时的面板锈蚀区域及厚度,通过数值仿真预测了深孔弧形钢闸门安全使用寿命。研究结果表明,运行20年后的弧形钢闸门强度及刚度均满足设计规范要求,整体应力和变形幅值基本保持不变,但面板处应力幅值增加了13.77%;该深孔弧形钢闸门预测安全使用寿命为56年,超过预测寿命后,面板锈蚀最严重处应力幅值达到了374.59MPa,超过了深孔弧形钢闸门材料容许局部承压应力值。     

钢闸门卡阻故障数值模拟研究

采用两种方法分别模拟了钢闸门的两种卡阻故障,一种是施加约束的方法模拟面板与侧轨间的卡阻;另一种是在接触面设立三维非线性薄层单元的方法模拟弧形闸门铰轴的卡阻。引用某水电站弧形闸门作为算例,对这两种卡阻故障进行了数值模拟,将得到的应力结果与钢闸门在正常运行情况下的应力状态做了对比分析:其中第一种模拟方法着重分析了面板的应力,结果表明卡阻处面板有应力集中,但影响范围不大,约占面板宽度的4%;而第二种模拟方法则着重分析了支臂的应力,结果显示支臂应力的最大值增大一倍,但并未出现应力集中的情况。     

闸门面板与主梁上翼缘的连接方式对面板应力的影响

探讨了三维有限元板单元法用于计算弧形闸门应力时，闸门面板与主梁上翼缘的连接方式对面板应力的影响，进而提出了两种不同的有限元计算简化模型，论述了两种简化模型的原理以及得出差异较大的应力结果的原因，得出了一些有用的结论，并采用小湾水电站中孔弧形闸门作为算例，验证了本文的结论。     

基于混沌理论的弧形闸门面板振动特性研究

为了研究弧形闸门面板的振动特性,采用混沌理论,通过对时间序列进行处理,确定延迟时间τ、嵌入维数m,进行相空间重构,并计算时间序列的混沌特征值,进而对弧形闸门在启闭过程中面板振动的复杂性进行研究。以大石峡水电站弧形闸门面板的振动为研究对象,根据面板脉动压强模型试验资料,分析弧形闸门面板在不同开度、不同水位的振动情况。结果表明:弧形闸门面板在高水位时的振动复杂程度高,且其底缘的振动情况较其他位置更复杂;在小开度时弧形闸门面板的振动复杂程度减弱,线性相关性高,非线性振动建模计算可由较少独立变量进行控制。     

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。     

考虑锈蚀形态的弧形闸门有限元分析

利用ANSYS软件建立某水库溢流表孔弧形闸门三维有限元模型,结合弧形闸门锈蚀检测数据建立弧形闸门锈蚀有限元模型,模拟其全面锈蚀与局部锈蚀进行计算,计算结果表明弧形闸门锈蚀后,锈蚀部位应力分布变化明显,闸门强度和刚度有不同程度的降低。还发现当锈蚀坑位于面板锈蚀敏感部位时,对面板应力的影响较大。研究结果可用于分析在役弧形闸门的强度和刚度,为弧形闸门的日常管理和锈蚀模拟计算提供参考。     

弧形钢闸门三维有限元静力安全评价

针对长期服役且不具备原型检测条件的水工钢闸门的安全评价问题。采用三维有限元法直接 建立钢闸门的真实几何模型和有限元模型,对闸门结构进行常用运行工况和瞬间开启工况下的强度和 刚度分析,并依据钢闸门设计规范对其安全性进行评价。以新疆乌鲁瓦提水利枢纽冲沙洞弧形钢闸门 为例,通过分析得出,两种分析工况下弧形闸门结构的强度和刚度均满足当时和现行钢闸门设计规范的 要求;闸门启门力对闸门整体结构的强度和刚度有很大的影响,尤其对闸门顶梁结构和上主横梁结构的 强度影响极大,顶梁板结构的强度降低 2．61倍,刚度降低 18．24％。为钢闸门安全评价提供了切实可行 的分析方法,为钢闸门的安全评价提供了借鉴,同时也为完善钢闸门产品设计提供了理论基础。     

基于退火遗传算法的弧形闸门优化系统的开发及应用

阐述了退火遗传算法应用在弧形闸门结构优化的原理和步骤,使用有限元软件ANSYS建立了某水库溢流表孔弧形闸门三维有限元模型,提出使用VB封装ANSYS的方法开发出弧形钢闸门结构优化系统。利用该系统对比了普通遗传算法与退火遗传算法的优化结果,并且研究对几组不同的弧形钢闸门优化参数组合进行结构优化的结果,探讨了不同参数在弧形闸门结构优化中的作用。     

改进的模糊层次分析法在水工钢闸门可靠性分配中的应用

考虑到水工钢闸门可靠性分配具有多层次、多因素的特点,以及传统的层次分析法确定相对权 重的缺陷,采用了改进的模糊层次分析法,综合考虑影响平面露顶闸门、平面潜孔闸门、弧形露顶闸门以 及弧形潜孔闸门可靠性的各类因素,建立了相应的层次结构模型,最终对四类闸门进行可靠性分配,结 果表明,平面钢闸门分配给主梁及面板的可靠度相对较高,弧形钢闸门分配给主梁、支臂及面板的可靠 度相对较高,与实际的闸门工作情况相符,对水工钢闸门结构的设计具有一定的参考价值。     

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。     

弧形钢闸门排水孔位置优化

结合某工程三支臂弧形钢闸门,利用ANSYS有限元软件建立了相同孔径不同位置排水孔的闸门有限元模型,计算分析了排水孔位置对弧形钢闸门主梁强度及局部应力的影响,以找到兼顾强度及排水要求的水工弧形钢闸门排水孔最佳位置。结果表明:对于三支臂弧形钢闸门,相同孔径不同位置排水孔不同程度地影响了闸门主横梁的应力分布;考虑到强度及排水要求,对于中、下主横梁,将排水孔设置在主横梁中和轴上;对于上主横梁,将排水孔设置在靠近后翼缘约2倍孔径的位置处为宜。     

不同止水方式对平面钢闸门静力特性影响分析

为得到前、后止水两种止水方式对平面钢闸门静力特性的影响,以某水工平面钢闸门为例,借助有限元软件建立了两种不同止水方式的某水闸三维有限元模型,从构件的应力分布及挠度变形两个方面展开研究。计算结果表明:闸门各构件应力均满足强度要求,但局部易出现应力集中现象;两种止水方式对于平面钢闸门的应力分布影响主要在于面板、主横梁、边梁;采用后止水时,平面钢闸门的抗变形能力更强。计算结果可为同类水闸工程止水布置及结构的设计提供参考。     

淮阴闸加固工程新闸门振动分析与处理

淮阴闸新安装的弧形钢闸门在工程完工后发现在一定开高时有振动现象,通过对项目的设计、施工过程和闸门振动发生发展情况的研究,对振动原因进行了初步分析,并采取试验的方式逐步排除,最终得出引起闸门振动的原因和解决闸门振动问题的措施.闸门振动原因是闸门开到一定开高时,底缘形式引起的切向水流冲击底板,出现门后水流的强烈不稳定流态,加上由此而引起的气泡并破裂产生强大负压,引起闸门振动.对闸门底支承板进行割除处理能够有效解决新闸门的振动问题,同意对淮阴闸新闸门全部进行底支承板割除处理.     

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。     

不同吊点位置的弧形闸门应力有限元分析

为满足弧形闸门正常运行和检修的要求,在闸门活动部分和启闭机之间设置吊耳,以完成闸门的启闭。吊点位置与门型有关,常设置在闸门顶端及上、下游侧。建立三种吊点位置的弧形闸门有限元模型,通过静力分析,探讨不同吊点位置对闸门结构应力的影响。某水电站弧形闸门实例分析结果表明:其应力分布规律均符合实际情况,闸门整体强度满足要求,但在不同构件相交区域局部有应力集中现象,应予以优化设计或加固处理。     

滚动型平面钢闸门三维有限元分析

滚动型钢闸门是一种常见的钢闸门形式,其结构安全性直接关系到水工建筑物能否正常发挥功能。本文基于ANSYS对滚动型平面钢闸门进行三维有限元分析,对钢闸门主要构件进行强度和刚度校核,并对钢闸门滚轮结构进行精细模拟。结果表明,钢闸门主要构件满足材料强度、刚度要求,但在滚轮轴与门叶连接部位存在应力集中现象,在设计和制造过程中应予以重视。     

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。     

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。     

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.