滚弄水电站溢流表孔弧形工作闸门的设计研究

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1、滚弄水电站溢流表孔弧形工作闸门的设计研究　　1、工程概况　　滚弄水电站位于缅甸联邦丹伦江上游的掸邦滚弄县户里乡境内，为怒江出境后第一个梯级水电站，也是丹伦江梯级开发方案中的第一级。水库正常蓄水位为EL.519m，最大坝高103m，对应库容为659106m3，具日调节性能，装机规模为1400Mathcad进行计算。根据初始结构基本布置情况，总水压力作用线和水平线的夹角为12.9406°，采用三主梁荷载基本均分的原则，中支臂选择位于总水压力合力作用线上，为了减少上悬臂段，设计时尽量向上布置上主梁，下主梁在满足主梁下翼板与底槛水平夹角及结构布置要

2、求的条件下，尽量向下布置。上、中支臂的夹角采用15.8665°，中、下支臂的夹角采用14.3239°。　　重点对门叶面板、主梁、次梁、纵梁、支臂和支铰、吊耳等进行了强度、刚度和稳定性计算，经过计算，门叶面板选用主梁与支臂的单位刚度比取5.4682；根据对闸门和启闭设备的总体布置进行了启闭力计算，选用容量为25000kN，工作行程为9.2m的悬挂式液压启闭机进行操作。该闸门属超大型工作闸门，操作条件为动水启闭，有局部开启控制泄流量要求，因此材料容许应力调整系数根据规范取0.9，动力系数取1.2，依据计算结果，确定采用主横梁同层布置方案

3、，上、中、下主梁和上、中、下支臂均采用箱形断面，门叶水平次梁均采用工字钢，纵梁采用焊接工字型，上、中支臂之间，中、下支臂之间均采用纵向联接系联接，这种结构形式具有闸门整体刚度好，便于加工制造等优点。在弧门两侧的边梁上各布置有6个侧导向轮，可以有效的控制闸门偏斜，保证闸门运行平稳。弧门的侧止水为L形橡塑水封，其摩擦系数低，经工程验证，止水效果较理想，底止水采用常规的板形水封。闸门支铰轴承采用自润滑滑动轴承，但设计中仍保留有常规注油润滑油孔，作为自润滑不理想或失效时的后备措施。闸墩顶部设有机械锁定装置。门槽底槛埋件和侧轨埋件均为钢结构件，侧轨上设有水封

4、和侧轮不锈钢座板。　　4、三支臂弧形闸门的Inventor模型及ANSYS有限元计算　　斜支臂弧形闸门的门叶结构、支臂结构、支铰装置属于复杂的空间结构，在以往的采用AutoCAD二维平台设计二斜支臂弧形闸门中，斜支臂的扭角只能通过经验公式计算后，反过来表示在图中，闸门重心位置也是通过经验选用。而三支臂弧形工作闸门的支臂扭角更为复杂，用经验公式计算出的数据精确度差。而三维模型的建立，解决了这一在二维图中遇到的问题，根据闸门结构计算成果，运用Inventor软件进行三维建模，直接以弧门主横梁的空间端点和支铰点的位置，即可做出支臂模型，直接测量到精确的支

5、臂扭角，还能精确的测量出闸门重心的位置，有利于对弧门的启闭力进行较准确计算。　　对于采用悬挂式油缸作为闸门启闭设备，闸门在启闭过程中是否会和油缸有干涉的问题，通过三维模型的旋转，也能较准确、简单的进行判断，避免了要对不同位置组合进行计算的复杂程序。　　利用有限元法对该三支臂闸门从强度、刚度和稳定性等方面进行分析和复核，确定合理的整体结构型式及主要构件截面尺寸，同时针对三支臂弧形闸门结构设计计算中存在的问题进行研究，借助有限元软件ANSYSWorkbench进行了仿真模拟分析以力求闸门的设计科学、合理、安全、经济，为目前工程经验少的三支臂弧形闸门提供

6、了更多的结构优化设计技术支撑。　　针对滚弄水电站三支臂弧形闸门这一工程实例，采用空间有限元法对三支臂弧形钢闸门进行结构计算，较好地体现出闸门的空间结构效应，更准确地反映出闸门各构件的受力情况，不仅可以达到验算传统计算方法的准确性，还可以节约材料、减轻闸门自重、优化闸门整体结构以及提高闸门的整体安全度。将平面体系计算和空间有限元两种计算方法计算出的闸门各构件上应力荷载及变形进行了对比与分析，从而验证了平面体系法计算的安全性。同时根据有限单元法解决在平面体系计算方法中存在的一些疑惑与问题，也为三支臂弧形闸门的优化提出一定的方向。　　由整个闸门的ANSY

7、SWorkbench的计算结果可知，滚弄水电站三支臂弧形工作闸门的结构设计最大应力和刚度均未超过材料和构件的许用值，都有一定的富余度，存在可优化的空间。可以考虑面板厚度，上支臂与上主梁的横截面，起支撑作用的槽钢等结构的进一步优化。考虑启门力的闸门计算，在平面体系计算过程中，以下主梁与下支臂的剪力作为控制条件，但有限元计算结果表明，中主梁与中支臂也受到启闭力的影响，闸门的上主梁与上支臂等效应力、最大剪应力以及综合变形有所减小。中主梁和中支臂对应的各值有一定程度的增加。下主梁与下支臂的等效应力与最大剪应力的各值有明显的提高。在下阶段的设计中应给予重视。

8、　　5、结束语　　滚弄水电站表孔三支臂弧形工作闸门采用主横梁同层布置方案，上、中、下主梁和上、中、下支臂均采用箱形断面，在