斐济南德瑞瓦图水电站表孔工作弧门结构应力有限元计算与分析.pdf

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1、·28·水利水电工程设计DWRHE·2014年第33卷第2期斐济南德瑞瓦图水电站表孔工作弧门结构应力有限元计算与分析田志伟郑向晖摘要结合斐济南德瑞瓦图水电站表孔弧形闸门的设计，基于有限元通用商业软件ANSYS为平台建立模型，施加荷载和约束，计算闸门应力位移分布情况，并对计算结果进行分析。关键词弧形闸门应力有限元强度刚度ANSYS中图分类号TV663文献标识码B文章编号1007—6980(2014)02—0028—04工程位于斐济VitiLevu岛中南部，坝址处于支臂等将发生弯曲、扭转、剪切、轴向拉压等组东经177。5628．93”．

2、南纬17。4002，距离Nadi机合变形，因此计算模型的选择必须考虑到各构件场135km，距离首都苏瓦约300km。工程主要包的几何性质、变形特征和受力方式以及相互作用括：拦河坝、输水系统、电站厂房、132kV开关关系等，以正确反映出闸门的整体作用以及各构站和输变电线路系统。工程的主要作用是拦河蓄件的实际工作状态。本文以大型商业通用有限元水发电。拦河坝位于Qaliwana和Nukunuku河流汇软件ANSYS为平台，根据闸门各构件的实际外形流处，工程以上控制流域面积92．7km。挡水建筑尺寸建立三维有限元模型(为了简化模型，侧轮未示

3、)，物为混凝土重力坝(包括溢洪道和泄流底孑L)，最大闸门门叶结构形式如图1。坝高41．5m，坝顶宽8．5m，坝顶长度86．835m，1．2单元划分调节库容100万m，最大库容200万m，电站总根据闸门结构形式和受力特点，将闸门面板、装机容量为44MW。溢洪道顶高程516．40m，溢主横梁、纵梁、边梁、小横梁、支臂臂杆、支臂洪道为开敞式溢洪道，采用挑流消能，共计3孔问垂直连接件离散为SHELL63单元，支臂间斜连溢洪道，每孑L净宽6m。溢洪道共设3孔弧形闸杆离散为BEAM188单元，支铰轴和吊杆轴离散为门，为表孔斜支臂弧形闸门，支铰轴

4、承采用自SOLID45单元。据此所建立的闸门有限元的节点润滑球面轴承，闸门动水启闭，闸门由2×1000总数为167819个，单元总数为165799个。kN液压式启闭机操作，主要用于泄洪及调节流1．3约束处理量。闸门在支铰处受3个方向位移约束及绕、Y目前弧形工作闸门的设计假定通常应用平面轴的转动约束，门底受铅直方向位移约束。其中假定体系．而弧形闸门本身是一个复杂的空间杆坐标系定义为：轴沿水流方向，Y轴沿铅直方向，件及板壳系统，实际的应力、应变会与通常的计轴沿主横梁轴向。算结果有一定的偏差，所以有必要根据通常平面1．4材料特性假定体系并

5、结合有限元分析进行设计计算。相互闸门门叶结构的材料为Q345，材料的弹性模验证，以便确定结构形式合理，力求验证闸门结量取E=2．06x10MPa，泊松比／x=0．3，容重y=78．5构的安全。kN／m。1．5计算荷载和计算工况1计算模型及参数计算荷载主要考虑作用于闸门的水压力和闸1．1建立模型门自重。计算工况：在极限水位18．1m时，闸门表孑L弧形工作闸门是一种典型的空间薄壁结在承受静水压力时的工况。构体系，由一系列板、壳、梁、杆等构件组合而2强度评判标准成。正常工作时，闸门所承受荷载将通过各构件的相互传递来共同承担，面板、主横梁、

6、纵梁、在对闸门结构进行强度校核时，应首先确定田志伟等．斐济南德瑞瓦图水电站表孔工作弧门结构应力有限元计算与分析·2910701舳’18001070：{!I高【一In叶_——-●一Arl"t4---卜一鲁口'寸⋯-j_I0ll景lIlm}l-．一lI￡。⋯。f8}一一⋯E‘A4-I3004I2970llR15b00l!l星卜lI时IIII⋯～卜l一^‘■晖Jf=卜l-图1f-1叶结构示意图(单位：mm)材料的容许应力．而容许应力与钢材的厚度直接表1闸门主要构件材料的容许应力MPa相关。闸门各构件材料的厚度不等，其容许应力主梁前翼、纵梁

7、、主梁后翼、边梁腹板、边一。，应力种类次梁、底梁梁后翼、主梁腹板、支臂面板亦不相同。闸门面板、主横梁前翼缘、小横梁、修正前修正后修正前修正后修正前修正后纵梁以及边梁所用钢材的厚度均不大于16mm，属第1组，其容许应力为[]=230MPa，[]=l35MPa，局部承压[=350MPa。主横梁腹板和后翼缘、支臂等所用钢材的厚度均大于16mm，式中，O／为弹塑性调整系数，O／取1．4。属第2组，其容许应力为[】=220MPa，[r]=对于闸门承重构件和连接件，应校核正应力130MPa，局部承压[od]=330MPa。和剪应力，校核公式为：

8、根据DL／r5013-1995《水利水电工程钢闸门≤[]，丁≤[]设计规范》的规定，对于大中型工程的工作闸门式中，[]、[]均为调整后的容许应力。和重要事故闸门．容许应力应乘以O．90～0．95的调对于组合梁中同时受较大正应力和剪应力