密云水库弧形钢闸门安全性态的分析与评价

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1、密云水库弧形钢闸门安全性态的分析与评价（申请清华大学工程硕士专业学位论文）培养单位：水利水电工程系工程领域：水利工程申请人：王成刚指导教师：徐千军教授联合指导教师：高训宇高工二○一七年七月MiYunreservoirspillwayradialsteelgate---securitystateanalysisandcountermeasureThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMastero

2、fEngineeringbyWangChenggang(HydraulicEngineering)ThesisSupervisor:ProfessorXuQianjunAssociateSupervisor:ProfessorGaoXunyuJuly,2017摘要摘要密云水库是一座位于北京东北方向，距北京市中心70公里，兼具城市供水、流域防洪等作用的大型水利枢纽工程，作为首都北京最重要的地表饮用水源地和防洪保障工程，在保证首都防洪安全、生产生活供水、城市环境保护等方面扮演着十分重要的角色。为保证水库安全有效的运行，当水库水位超过汛限水位时就需要通

3、过泄洪建筑物将多余的水宣泄出去。密云水库主要泄水建筑物为第一、二、三溢洪道，共设置有16扇弧形闸门，校核水位下总泄量达15530m3/s。但是溢洪道弧形闸门及启闭机最长运行期限已超过50年，弧形闸门长期处于干湿交替、风吹雨淋的环境，金属结构部件在不同程度上出现了锈蚀、磨损及老化，对密云水库的安全运行带来严重影响。此外，接纳南水北调中线工程来水后，密云水库的水位将迅速抬升，将由原来的低水位运行转为高水位运行，这也加大了水库的安全运行风险。因此，深入研究溢洪道弧形闸门的安全性态就显得尤为重要。论文根据密云水库金属结构多年的运行和保养维护情况，综合外观

4、检查、锈蚀量检测、焊缝超声波探伤、闸门材料检测、启闭机运行管理、闸门启闭力检测与计算及典型闸门结构的有限元计算，对三座溢洪道中弧形闸门及其启闭机的安全性态进行了系统分析和评价。论文主要研究内容如下：(1)通过系统调查密云水库弧形闸门工程建设情况，总结弧形闸门工程类型及技术特征；通过开展弧形闸门外观检查，分析了闸门的外观形态和锈蚀状况；采用超声波探伤法，对闸门焊缝开展无损探伤检查；通过闸门材料检测测定硬度和标号；开展启闭机机械零部件检测和电气参数检测等。(2)通过闸门启闭力安全检测，计算设计水位下的启闭力，与启闭机的额定启闭力相比较，得到启闭机启闭

5、闸门的安全系数，判断启闭机启闭闸门的可靠程度；从闸门管理体系、安全检查鉴定及除险加固工程措施等角度开展弧形闸门启闭机运行管理分析。(3)根据闸门面板、承重构件和连接件工程特性确定强度评判标准；建立第三溢洪道露顶式弧形钢闸门有限元数值模型，分析主要构件的强度、刚度和稳定；考虑弯矩作用平面内以及弯矩作用平面外两种工况，分析支臂的变形和稳定问题。关键词：密云水库有限元分析弧形闸门安全评价IAbstractAbstractTheMiyunreservoirislocatedinthenortheastofBeijing,70kmawayfromdownt

6、ownBeijing.Thelargehydroengineeringnotonlysupplywaterforthelargecitybutalsoprotectthepeopleintheregionfromfloods.Asthemostimportantsurfacewatersourceofdrinkingwaterandfloodprotectionprojectofthecapital,theMiyunreservoirplaysaveryimportantroleinensuringthesecurityofthecapital,

7、production,livingwatersupplyandenvironmentalprotectionofthecity.Inordertoensurethesafetyofthereservoir,whenthewaterlevelexceedslimitlevel,wewillventoutthewaterthroughthedischargestructures.ThemainofMiyunreservoirarethefirstspillway,thesecondspillwayandthethirdspillway.Andther

8、eare16radialgatesonthespillways,whichcandischargeasmoreas15530m3/sfl