箱型门槽结构静动力特性分析研究

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1、第36卷第3期华电技术Vo1．36No．32014年3月HuadianTechnologyMar．2014箱型门槽结构静动力特性分析研究黄峻(广东省水利电力勘测设计研究院，广州510635)摘要：应用ANSYS软件对清远抽水蓄能电站尾水事故闸门槽结构的静动力特性进行了数值分析研究，计算分析其应力、位移、稳定性、自振频率及振型特性，其分析结果可为门槽结构最终设计方案的选定提供技术依据，同时供同类门槽结构设计计算时参考。关键词：门槽结构；静力特性；动力特性；有限元法；ANSYS软件中图分类号：，Ⅳ662．2文献标志码：B文章编号：1674—1951(2014)03—0029—03分编号进

2、行说明，如图2所示。1门槽结构顶盖腰梁1粱格1清远抽水蓄能电站尾水事故闸门槽为封闭箱型腰梁2上粱橹‘钢结构，小门槽结构采用整体加工，其结构与常规平段楣梁1梁格3门楣梁2面闸门壳体类似，材料采用Q345B。门槽结构由门L上槽下梁格4楣梁3槽段、腰箱和顶盖组成：门槽段总长3．000m，门前、圣竖竖竖粱格5楣梁4门后各1．500m，断面内腔尺寸为3．600m×4．500梁格6楣梁5m；腰箱高为5．000m，断面内腔尺寸为0．912m×矩梁格7楣梁64．500m；顶盖长5．160m，宽1．152m。门槽顶盖上形板粱格8楣梁7有可拆卸部分，例如液压启闭机、进人孔、机械锁定段跨3I跨2Il跨1l

3、譬檄上上门下下底楣梁及限位器，在这些部位都设置了可靠的密封装置，门墙墙槽墙墙楣楣楣楣楣竖竖竖竖竖粱梁梁粱槽结构设计如图1所示。格格格格2l0l22l12门楣及腰箱结构上(游)墙回底槛F(游)墙面上墙面门槽结构门槽结构横截面图2门槽结构各部件编号说明2．2门槽结构有限元模型在考虑建立门槽结构有限元模型时，不考虑外包混凝土的作用，仅对钢板衬砌封闭箱型的门槽结构建模进行计算，门槽结构为空间薄壁结构，采用shell63号板单元模拟，门槽结构有限元模型如图3所示。▲2．3荷载工况本文对门槽结构5种静力荷载工况进行了计L—0算。工况1：在机组检修时(此时落尾水事故闸门)，图1门槽结构设计机组至尾

4、闸内排空，闸门前部门槽内无水，门槽受53m水头最大外水压力，闸门后半部门槽受119m2设计计算方案水头最大内水压力。工况2：在机组检修时(此时落2．1门槽结构布置下库检修闸门)，尾水流道内排空，此时门槽受53m水头最大外水压力。工况3：机组甩负荷产生涌浪，为了表达及论述更为清楚，现对门槽结构各部门槽外侧透水严重到达最大渗透压力，此时门槽受收稿日期：2013—05—29；修回日期：2014—01—3O内水压力和外水压力双向作用，内、外水压差为·30·华电技术第36卷3．2应力计算结果及分析EC22201214：53：48对5种工况下门槽结构各部件的最大折算应力进行汇总(见表2)，并对计

5、算结果进行如下分析。表2门槽结构各工况最大折算应力计算结果汇总MPa图3门槽结构模型66m水头(119m水头内水压力减去53rn水头外水压力)。工况4：机组甩负荷产生涌浪，门槽外侧排水顺畅，不计外水压力，此时门槽仅受内水压力作用，内水压力为涌浪产生119m水头。工况5：门槽定位安装后，现场浇筑混凝土，设定浇筑压力小于(1)从工况的角度进行分析。工况1与工况40．2MPa，浇筑时门槽四周差值小于0．1m，此时门槽门槽结构各部件的最大折算应力均大于其他工况，仅承受外侧混凝土压力0．2MPa。即在119m水头作用下门槽结构出现最大的应力，为不利工况。3计算结果分析(2)从部件最大折算应力的

6、角度进行分析。3．1位移计算结果及分析上／下游墙面板、主轨、反轨及侧轨分别与门楣底腹对5种工况下门槽结构最大位移计算进行汇总板及底槛面板相交处均出现较大的局部应力峰值，(见表1)，并对计算结果进行如下分析。其最大值已达到Q345B材料的屈服极限345MPa，表1门槽结构各工况最大位移小于材料强度极限490MPa。由于上述最大应力峰计算结果汇总mm值发生在局部且材料有良好的塑性能力，故能满足强度要求。3．3稳定性计算结果及分析(1)工况1与工况为2门槽结构受到外水压力，从计算结果来看，工况1为不利工况。(2)从部件来看，门槽结构最可能发生失稳的部件为门楣竖板，稳定系数为1．2。(3)门

7、槽结构能满足稳定性要求。3．4自振特性计算结果分析门槽结构前1O阶自振频率及振型计算结果见表3，门槽结构一阶振型示意图如图4、图5所示。(1)从工况的角度进行分析。工况1与工况4下面对计算结果进行分析。表3门槽结构前lO阶自振特性门槽结构各部件的位移变形均大于其他工况，即在计算结果119m水头作用下门槽结构出现最大的位移变形，为不利工况。(2)从部件最大位移的角度进行分析。门槽结构最大位移发生在上、下游墙面板上，最大值约为12mm；上、下游门楣面板的位移也