水工钢闸门轨道横截面弯曲应力分析.PDF

　　第２６卷 第８期 长　江　科　学　院　院　报 Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．８　　 　　２００９年 ８月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ Ａｕｇ．２００９　 　 　　文章编号：１００１－５４８５（２００９）０８－００６８－０５ 水工钢闸门轨道横截面弯曲应力分析 １，２ １ １ 白润波 ，曹平周 ，邱丽清 （１．河海大学 土木工程学院，南京　２１００９８；２．山东农业大学 水利土木工程学院，山东 泰安　２７１０１８） 摘要：水工钢闸门轨道纵向应力实测值与我国现行规范计算值差异较大。采用理论推导、数值计算、有限元求解的 方法对这一问题进行研究。研究表明水工钢闸门轨道特殊的受力和边界条件，是轨道横截面正应力分布异于初等 梁理论的原因。轨道与混凝土基础的水平摩阻力使轨道底面弯曲应力有较大幅度下降，轮轨接触局部荷载的作用 与弯矩的叠加效应使轨道顶部横截面的正应力有大幅度提高。提出的计算公式可供计算轨道底面和顶面的最大 弯曲应力。其分析很好地解释了三峡工程高压闸门定轮支承结构试验中轨道弯曲应力测试的现象。 关　键　词：钢闸门；轨道；弯曲应力；摩擦；局部应力 中图分类号：ＴＶ３４　　　文献标识码：Ａ 　　在三峡水利枢纽高压闸门定轮支承结构试 部位，此处轨道横截面的正应力应为按接触问题求出 ［１］ 验 中，轨道横截面上最大弯曲应力实测值与我国 的纵向应力与由弯矩引起的弯曲应力的叠加，表现为 ［２］ 现行规范 计算值相差很大，该处上翼缘最大弯曲 上翼缘的弯曲应力变大。规范中计算轨道横截面弯 压应力实测值比规范计算值高出较多，下翼缘最大 曲应力实际上是对轨道中近似呈单轴应力状态的横 弯曲拉应力实测值比规范计算值小很多。此种现象 截面正应力的验算，轨道横截面正应力可分解为由弯 在文献［３］中也有描述。目前，对于水工钢闸门轨 矩引起的弯曲应力和由轮轨接触局部荷载引起的纵 道弯曲应力国内外研究较少，本文对水工钢闸门轨 向应力，在轨道底部主要是弯曲应力，在轨道顶部则 道弯曲应力进行研究，对试验现象给出理论解释。 需计算两者之和，并涉及单轴应力状态点的寻找问 题。本文采用理论推导、数值计算、有限元求解的方 １　水工轨道弯曲应力研究现状 法对这一问题进行研究。 工程中水工钢闸门轨道为竖向布置，但在模型 试验时，受试验条件限制，分析模型一般取轨道水平 放置，因此理论分析时通常也取轨道水平放置构建 分析模型，如图１（ａ）、（ｂ）。在进行水工钢闸门轨 道弯曲应力计算时，我国现行规范将轨道看作支撑 于轮轨接触处的倒置悬臂梁，如图１（ｃ），并利用初 图１　轨道受力图及计算模型 等梁理论计算轨道横截面弯曲应力，公式为 Ｆｉｇ．１　Ｆｏｒｃｅｄｉａｇｒａｍｏｆｔｒａｃｋａｎｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｌ σ＝Ｍ／Ｗ＝３Ｐｈ／８Ｗ， （１） 式中：Ｗ为轨道截面抵抗矩；Ｍ为轨道最大弯矩；Ｍ＝ ２　考虑基础混凝土对轨道的水平摩阻 ３Ｐｈ／８；Ｐ为轮压；ｈ为轨道截面高度。国外的标准、 ［４，５］ 力时轨道的弯曲应力分析 规范 多建议采用Ｗｉｎｋｌｅｒ弹性地基上梁模型计算 轨道弯曲应力。这两种模型的计算结果都与文献 　　采用考虑水平摩阻力的弹性地基梁模型进行分 ［ 析。混凝土基础被视为具有水平和竖向反力的弹性 １］、［３］的试