白石水库溢流坝弧形闸门的设计与制造

辽宁省白石水库溢流坝弧形闸门面板尺寸为12m×16.4m,重量达98.6t,是辽宁省内已建工程中最大的弧形闸门,如何确保闸门制作质量优良,保证水库的运行状态良好,必须编制严谨的、切实可行的闸门制作工艺,并从门叶制造、支臂制造、骨架焊接、整体预组装等几个关键环节上进行严格控制。     

蚌埠闸扩建工程弧形闸门上凸式制造工艺及质量控制

弧门制造通常采用弧形胎模支搁弧形面板,在面板上加焊闸门框架,即弧面向下或称上凹式的弧门制作工艺,而蚌埠闸扩建工程弧门制造采用墩子支架主梁焊制框架,再焊面板,即弧面向上或称上凸式的弧门制作工艺。笔者在多年监理弧形闸门的制造中,认为后者制造工艺有其特色,对节约胎模用钢材,尤对生产多扇同规格分节闸门,实行流水作业,对质量控制、生产进度控制,提高生产效果,有一定的推广价值。为此本文对蚌埠闸扩建工程弧形闸门上凸式制造工艺及质量控制要点简述介绍如下:     

小开度条件下露顶弧形闸门动水压力计算

针对小开度条件下露顶式弧形闸门的动水压力问题,根据弧形闸门小开度条件下水流的特点,将该情形下的水流流动情况近似当作源点流出又汇聚到汇点来模拟,由平面无旋流动势流的叠加原理,利用相应的复势函数,同时将弧形闸门面板当作汇流的边界流线,计算得出闸门面板上的压强分布规律,进而得到闸门小开度条件下垂直作用在闸门面板上的动水压力。     

弧形闸门开度尺增设探讨

以江都西闸为例，通过找出闸门开度与门顶累计位移对应关系，从闸门开度尺材质选用，制作工艺到施工安装，综合阐述弧形闸门开度尺设计制作安装全过程，对弧形闸门增设闸门开度尺有一定借鉴作用。     

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。     

弧形钢闸门有限元分析及结构优化

利用三维建模软件建立弧形钢闸门主结构三维模型,基于ANSYS Workbench进行弧形钢闸门有限元分析,对弧形钢闸门模型在静态挡水和启门瞬间两种工况下主要构件应力和位移分布特点以及变化原因进行分析,评估弧形钢闸门的安全。分析了弧形钢闸门面板底缘处局部应力集中的原因,采用局部补强方式对面板底缘进行结构优化并再次进行分析,计算结果表明经补强后面板底缘局部应力集中现象完全消除。     

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。     

露顶式弧形闸门静动态应力数值分析与试验验证

为了确保某水库溢洪道露顶式弧形闸门在各工况下稳定运行以及实现闸门的结构健康监测,结合相关标准分析弧形闸门的静动态应力及变形情况,对露顶式弧形闸门不同运行工况进行研究。采用有限元仿真的方法,分别运用静力学仿真和流固耦合仿真分析计算0～6.5 m水深及0～6 m开度工况下露顶式弧形闸门的应力变形情况;并在现场进行测量试验,在弧形闸门上布置应力传感器,测量在1.4 m水深下弧形闸门在静止和启闭过程的静动态应力。结果表明：弧形闸门面板等效应力值在闸门6.5 m水深下启门瞬间达到最大值,为148.71 MPa;弧形闸门除面板外其他部位等效应力在闸门开度为6 m时达到最大值,为207.63 MPa;弧形闸门主、次梁的总变形量均在闸门6.5 m水深下启门瞬间达到最大值,分别为8.46、8.65 mm。仿真分析结果和传感器测量结果两者的误差在20%以内。     

水工弧形闸门水流脉动压力特性的试验研究北大核心

弧形闸门属轻型结构,其振动、稳定性等直接与水流脉动压力相关。为研究弧形闸门上水流脉动压力特性,在试验室内开展了一系列模型试验,通过对闸门面板上大量测点水流脉动压力数据的系统分析,获得了水流脉动压力幅值和频率在闸门面板上的分布规律,以及闸门开度、上下游水位变化对脉动压力的影响。     

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。     

钢闸门制造的焊接变形原理及控制措施

在大量的钢闸门制造、安装工程中，对钢材的焊接应力和变形作过多次实验和分析的基础上。结合雪龙滩水电站导流冲砂洞弧形钢闸门的制造工艺，就钢板的焊接变形原理作了分析，并详细介绍了弧形钢闸门的制造工艺及控制焊接变形的方法。     

超大型深孔弧门制造加工技术

贵州构皮滩电站泄洪洞弧门是目前国内结构尺寸最大的潜孔式全弧面加工弧门,该弧门在制造加工过程中遇到了许多技术难题。从解决超大型弧门制造加工主要技术难题入手,着重对相关技术措施进行了介绍。     

充压伸缩式水封破坏机理及处理措施

充压伸缩式水封在水利枢纽工程高水头泄水孔中应用日益广泛,但由于多种原因,弧形闸门可能会出现漏水,甚至出现水封及连接件破坏现象。某实际工程在第一汛期底水封压板上的M20不锈钢螺栓大部分旋出冲走;增大压板螺栓直径(由M20改为M27)、提高螺栓等级(由A2-70改为10.9级)后,第二汛期螺栓又出现断裂。以该工程为例,采用物理模型试验方法,并结合相关计算,研究了弧形工作闸门底水封附近的水力特性。分析结果表明水封系统破坏机理的主要原因是高速水流引起的负压、空蚀及流激振动诱发的水封系统共振。通过试验方案优化研究,提出了在门槽斜坡跌坎下游布置消力坎的工程措施。试验结果表明:出口段水流条件得到很大改善,水封处负压消失,水流空化数增大,消能减蚀效果明显。此外,还提出将水封压板与座板的弹性连接结构改为刚性连接结构,使得水封系统的固有频率远离水流脉动压力优势频率分布区,避免水封系统共振。研究结果可为类似的弧形工作闸门水封设计和故障处理提供参考。     

河湾水电站金属结构方案设计及蓄水安全复核

针对河湾水电站不同建筑物功能,设计选择不同闸门及启闭型式和布置方案。取水口事故门选用平面定轮钢闸门、溢洪道工作门选用露顶式弧形闸门、放空底孔进口事故门选用潜孔式平面定轮钢闸门,出口工作门选用潜孔式弧形钢闸门,配套选用卷扬或液压启闭方式。安全复核结果表明,金属结构设备选型和结构布置能够满足电站蓄水和安全运用要求。     

葠窝水库弧门漏水的病因诊断与对策

葠窝水库弧门修建后就长期漏水，后来又发现边导板二期混凝土开裂和渗水。边导板、水封、闸门几何尺寸、闸门运行轨迹等诸多因素都能导致水封压缩不均而漏水，原因往往是多种情况同时作用的结果。边导板偏差较容易测量，比较困难的是对闸门运行轨迹的测量及问题判断。茬窝水库通过2年弧门边导板的施工，总结形成了一套完整的诊断和施工措施，较好地解决了这个难题。目前全国水库除险加固工程中，类似的工程处理将很多，现介绍经验供同行们借鉴。     

张峰水库导流泄洪洞进口工作弧形闸门安装

针对张峰水库导流泄洪洞弧形闸门安装位置距离洞口50余m,无法用普通吊车安装的特殊性,必须先行安装预埋件来辅助安装.文中对预埋件的安装方法、门叶、支铰、支臂等各部件的安装方法、步骤作了详细论述.     

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。     

水工弧形空腔闸门动力特性数值分析

大尺寸弧形钢闸门振动剧烈时可能会引起动力失稳破坏。为了解新型翻转式弧形空腔闸门的动力特性,通过Fortran语言自编用户子程序,利用商业有限元软件ABAQUS二次开发功能将模型试验测定离散的水流脉动压力数据转化为作用在闸门上的水动力荷载,基于随机振动分析方法对该空腔闸门进行结构动力数值仿真:①对不同工况下的闸门自振特性进行计算,得到闸门的自振频率和振型;②根据频谱分析理论,对水流脉动压力时域曲线进行了频谱分析;③计算了不同工况下闸门的随机振动响应;④编写了位移、应力最值处理程序。计算结果表明:闸门结构局部应力较大,超出结构容许应力,需对闸门结构进行修改优化,否则结构局部强度不满足要求。     

天生桥一级水电站放空洞高水头弧形闸门的设计研究

在研究国内外众多潜孔弧形闸门资料的基础上，通过对总水压力，最大承压水头，闸门孔口尺寸，水封形式和门槽水力学等关键性的技术指标和参数的对比分析，进行了生天桥一级水电站放空洞弧形工作闸门的选型设计。在１２０ｍ承压水头下采用液压伸缩式水封，刷新了潜孔弧形加门使用该种水封的国内记录，通过天生桥一级水电站放空洞弧形工作闸门及液压伸缩式水封的选型设计的实践，为我国高水头潜孔弧门的选型设计积累了经验。     

草街航电枢纽工程冲沙闸弧形工作闸门设计

草街航电枢纽工程冲沙闸工作闸门属于超大型表孔弧形闸门,闸门操作工况复杂,在校核洪水位泄流闸门全开时,闸门底缘仍处于水面以下14.18m。介绍了该弧形闸门的总体布置、结构设计形式、启闭机选型等主要技术问题,进行了闸门结构的流激振动模型试验研究,验证了设计的合理性。