基于三维有限元的弧形闸门安全稳定性分析.pdfVIP

第47卷 第9期 人 民 长 江 Vo1．47，No．9 2016年 5月 Yangtze River May， 2016 文章编号 ：1001—4179(2016)09—0063—04 基于三维有限元的弧形闸门安全稳定性分析 冷 涛 ，张 先 员 (1．湖北水利水 电职业技术学院，湖北 武汉430070； 2．长江水利委员会 人才资源开发 中心，湖北 武汉 430010) 摘要 ：弧形 闸门具有启 闭力小、过流流态好等优点，但在高淹没度条件下启闭时，水流脉动压力会对 门体 的安 全运行造成极不利的影响。结合某水利枢纽工程实例 ，利用有限元软件对 闸门结构静动力、自振特性、脉动压 力频谱等进行 了分析。结果显示 ，各工况条件 下的闸门应力均在材料强度 的允许范围内，且 闸门各方向的位 移均较小 ，表 明闸门结构的强度和刚度均可满足设计要求。 关 键 词 ：自振特性 ；静动力分析 ；脉动压力 ；弧形闸门 中图法分类号 ：TV663 文献标志码 ：A DOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2016．09．015 构静力分析 。通过数值分析 的方法得到不同工况条件 1 背景介绍 下，考虑水体与结构相互作用的闸门结构 自振特性 ；根 某水利枢纽工程以表孑L露顶形式设有 18孔泄洪 据物理模型试验测定 的水流脉动压力数据 ，将离散的 闸，孔 口尺寸均为 16m ×17．5m(宽 ×高)，工作 闸门 水流脉动压力转化为作用在闸门上的水动力荷载，运 采用弧形闸门，配套上悬挂式液压启闭机。由于 闸底 用随机振动分析方法对 闸门进行动力分析 ，求解闸 板高程设置较低 ，闸门底设置驼峰堰 ，堰顶高程 32m； 门在各种工况下的随机振动响应 ；最后 ，结合闸门流激 闸室底板高程为 29．47m，全部机组发 电尾水位为 振动结构计算结果 ，综合评价闸门的安全性 ，全面了解 36．63m，高于闸室底板 7．16m。在 0．2％设计洪水 整个结构的受力状态及薄弱环节 ，完善闸门的结构设 时 ，淹没底板深度达 19．53m。因此 ，该弧形工作 闸门 计 ，优化设计方案 ，提出合理化建议 ，为弧形 闸门的设 的运行条件是在高淹没度条件下启 闭，且有局部开启 计 、运行管理、安全评估提供科学依据。 要求 。 2 有限元模型的建立 弧形闸门具有启闭力小、过流流态好 、运转可靠 、 闸墩厚度小等优点 ，因此在水利工程 中的应用越来越 本文以某水利枢纽工程泄洪闸弧形工作闸门为重 多…，例如南京划子 口的大跨度弧形 闸门 、富春江 点研究对象，对闸门各构件根据数值模拟的特点适 当 水电站弧形闸门等。但是 ，弧形 闸门在水利工程 中的 简化 ，仅考虑闸门正向挡水情况 ，对正常洪水位 、校核 服役受到多因素的干扰 ，在高淹没度条件下的启 闭过 洪水位及起吊几种工况下整个 闸门结构进行有限元静 程中，闸下水流条件复杂 ，闸门常受到门底泄流所形成 力分析 ，通过流固耦合对 闸门结构的变形 、应力 、自振 的水流漩滚冲击的作用 ，水流动力荷载 以及水流脉动 特性等指标进行动态分析。 引起 的闸门振动会对门体 的安全运行造成极不利的影 在建立闸门结构三维有限元模型时 ，取 轴 响 ，1966年，浙江省某排涝挡潮弧形 闸门在潮浪冲 方向指向水流方向，Y轴方 向垂直水流方 向指向河流 击下发生支臂失稳破坏 。