弧门主框架可靠性研究和设计

《弧门主框架可靠性研究和设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、弧门主框架可靠性研究和设计　　摘要：弧形闸门由于水力学条件好和启闭力小等特点，被广泛用于水利水电工程中。主框架是弧门的主要承重至剖沟，其安全、经济与否决定着整个弧门的安全和经济。本文主要对弧门主框架可靠性进行了分析，并优化了程序设计。关键词：弧门；主框架；可靠性；设计中图分类号：S611文献标识码：A1引言8稳定性是钢结构的一个突出问题，在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定问题。这个问题处理得不好，将造成不应有的损失。现代工程史上不乏有因失稳而造成严重的工程事故，1978年美国哈特福特大跨度网架屋盖，平面尺寸92m×110m，因支撑杆件偏

2、心和扭转屈曲而倒塌。1988年我国大连某机械厂梭形轻钢屋架因受压腹杆的侧向支撑失效，而导致特大安全事故。又如我国广东鹤地水库溢洪道上的弧形钢闸门，1966年由于7级阵风，浪高0.6米，波浪反复冲击闸门，使弧门支臂柱失稳，从而导致闸门破坏。根据文献资料研究:弧形钢闸门80%以上是因为弧门主框架失稳破坏，闸门是水工枢纽的关键调节结构，闸门失事不仅直接影响工程效益发挥而且会给人民群众的生命财产带来很惨重的损失。闸门是水工建筑物的主要组成部分。它的作用是封闭水工建筑物的孔口，并能够按需要全部或局部开启这些孔口，可靠地调节上下游水位和流量，以获得

3、防洪、灌溉、引水发电、通航以及排除泥砂、冰块或其它漂浮物等效益。闸门的种类按闸门的构造分，主要有平面闸门、弧形闸门、扇形闸门、屋顶闸门等型式。而弧形钢闸门因具有结构简单、启闭力小、操作简便、水流条件好等特点，而得到广泛应用，特别适合用于泄水建筑物的工作门。随着我国水电事业的发展，大型弧门不断涌现，为了安全起见已越来越多地趋向于使用有限元方法来计算弧门的应力和变形，再应用容许应力法验算结构的强度。但有限元计算不应是弧门结构计算的唯一出路，采用以概率论为基础的极限状态法(可靠度方法)进行弧门结构设计是今后的发展方向。但在工程设计上简单、方便

4、的平面体系计算方法仍广为使用，如何使平面体系计算方法更为合理和准确是一个有待解决的重要课题。8弧形钢闸门是水库、水电站、水闸和灌溉工程中的重要结构。弧门的主框架是其主要承重结构。它承受由面板和次梁等传来的水压力，并将此力传给支承铰，主框架的结构类型主要有主横梁式结构和主纵梁式结构两种，前者适用于扁而宽的孔口，如水闸及溢洪道上露顶式弧形闸门多采用主横梁式框架。后者适用于高而窄的孔口，潜孔弧形钢闸门多用于主纵梁式框架。主横梁式的主框架的弧形闸门的主梁水平放置。主横梁与左右两个支臂构成主框架。主纵梁式的弧形钢闸门的主梁为竖立放置，主纵梁与上下

5、两个支臂构成纵向主框架以适应孔口宽高比变化的要求，因此，从整体经济出发，对孔口宽高比较小的弧形闸门，一般采用主纵梁式的结构。弧门主框架的形式有主横梁式门式框架、主横梁式斜支臂八字形式框架以及主纵梁式多层三角形框架。2主框架可靠性分析模型弧形钢闸门的主要承载体系是主框架，以工程中最常用的双支臂式为例，它是由2根纵梁、2根主横梁、4根支臂组成的空间框架结构，它是延性材料的高次超静定结构，但是由于弧形钢闸门的主框架结构构件不允许产生塑性铰，允许变形很小。所以任何1个构件失效就可能导致整个结构失效。对于弧门主框架的承载能力极限状态，其主横梁及纵

6、梁的主要失效模式有弯曲破坏和剪切破坏2种；其支臂由于受轴压和弯曲组合作用，失效模式主要有平面内失稳和平面外失稳2种；由于4根支臂在抗力及荷载效应方面必然存在着差别，但对同一闸门来说由于设计及生产水平一致，其差别不大，可以忽略；同理，4根梁的差异性也可以忽略。这里假定它们的荷载效应及抗力相同。3基本统计数据83.1荷载的统计参数由于潜孔门与露顶门所受荷载不同，必须分别讨论。对于露顶门，荷载主要考虑有静水压力、动水压力、波浪力、地震动水压力；对于潜孔门，荷载主要有静水压力，动水压力，泥沙力、地震动水压力，各荷载统计参数见表1。表1荷载的统计

7、参数荷载类型符号闸门类型平均值/标准值变异系数分布类型静水压力W露顶门0.550.45正态潜孔门0.90.135正态动水压力D露顶门0.550.45正态潜孔门0.90.135正态波浪力B露顶门0.580.29极值I型泥沙力N潜孔门0.490.3对数正态地震动Z露顶门0.4541.2极值I型水压力潜孔门0.4541.2极值I型在可靠度计算中对露顶门和潜孔门分别考虑5种荷载组合，每种组合又有若干个荷载效应比值。对于W+B+D、W+N+D组合时，表中所列的ρ值为BK+DK/WK和NK+DK/WK。同时取BK:DK=1:1，NK:DK=1:1。

8、3.2抗力的统计参数8要进行可靠度分析不但具备荷载的统计参数，还要有抗力的统计参数。结构构件抗力的随机性是由材料机械性能和几何尺寸的变异及结构设计计算模式的不定性引起的，其统计参数应由相应的设计规范进行调查