湘潭定輪閘門(mén)引言我國(guó)水利水電工程建設(shè)已經(jīng)達(dá)到水平。隨著我國(guó)水電在建資源存量的不斷減小[1],化已成基本趨勢(shì),但與接軌的前提是設(shè)計(jì)規(guī)范與無(wú)縫對(duì)接。美國(guó)在1950頒布了早版本的閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范,而我國(guó)在1964年才實(shí)施鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范。綜合對(duì)比分析可以看出,我國(guó)現(xiàn)行的《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》(2013)[2](下文簡(jiǎn)稱"規(guī)范")的"條文"與美國(guó)現(xiàn)行的《水工鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》(2014)[3]相對(duì)應(yīng),我國(guó)規(guī)范中"條文說(shuō)明"與美國(guó)《溢洪道弧形閘門(mén)設(shè)計(jì)》(2000)[4]和《平面閘門(mén)設(shè)計(jì)》(1997)[5]相對(duì)應(yīng)(下文統(tǒng)稱為"美國(guó)規(guī)范"),兩國(guó)規(guī)范在設(shè)計(jì)、計(jì)算、設(shè)計(jì)荷載、結(jié)構(gòu)布置、面板設(shè)計(jì)、流激振動(dòng)和啟閉機(jī)選擇等方面存在較大的差距。然而,我國(guó)的生產(chǎn)實(shí)踐及科研成果則走在了中美規(guī)范的前面。為此,本文就中美兩國(guó)現(xiàn)行的水工鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行比較與評(píng)價(jià),取長(zhǎng)補(bǔ)短,并借鑒吸收*的科研成果和生產(chǎn)實(shí)踐,進(jìn)一步和完善我國(guó)水工概述構(gòu)皮灘電站總裝機(jī)容量300萬(wàn)kW,位于遵義市余慶縣境內(nèi),是貴州省和烏江干流上大的電站。該電站樞紐由拱壩、消能、地下廠房、導(dǎo)流等建筑物組成。大壩為混凝土雙曲拱壩,在全喀斯特地貌建設(shè)的高壩中。構(gòu)皮灘電站洞弧形閘門(mén)安裝于左岸山體550.0m高程的洞內(nèi),主要起擋水、作用,是目前國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)尺寸大的潛孔式全弧面加工的高水頭弧門(mén)。閘門(mén)形式為主縱梁直支臂球鉸弧形門(mén),縱梁及支臂均為焊接Ⅱ型梁結(jié)構(gòu)。弧面半徑R=18m,門(mén)葉于寬度方向分成3個(gè)制造單元,門(mén)葉連接面機(jī)加工Ra12.5μm,節(jié)間用銷軸及度螺栓連接,面板水密焊。門(mén)葉結(jié)構(gòu)、支臂等由Q345B鋼板焊接組成,支鉸由ZG310-570支鉸支座、40Cr鍛鋼鍍鉻鉸軸及自球面軸承組成。側(cè)止水為橡塑復(fù)合水封(LD-19)。吊點(diǎn)設(shè)計(jì)在門(mén)葉頂部,閘門(mén)重361t,弧門(mén)面板整體機(jī)加工Ra12.5μm。2主要技術(shù)難題分析根據(jù)閘門(mén)制造特性,經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析研究后得知
隨著我國(guó)水利事業(yè)幾十年的迅猛發(fā)展，水工鋼閘門(mén)的應(yīng)用需求不斷。在眾多類型的水工鋼閘門(mén)中，弧形閘門(mén)由于其具有封閉的孔口面積大、閘墩高度小、過(guò)水條件、啟閉迅速、埋件少等優(yōu)點(diǎn)，了非常廣泛的應(yīng)用。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，弧形鋼閘門(mén)在其應(yīng)用歷史中也出現(xiàn)不少事故。大多數(shù)事故是由于其支臂失穩(wěn)造成，終原因是設(shè)計(jì)存在缺陷。按照的加理論驗(yàn)算的設(shè)計(jì)出來(lái)的閘門(mén)結(jié)構(gòu)，系數(shù)偏大，但整體應(yīng)力分布很不均勻，致使工程的偏大，卻很難結(jié)構(gòu)整體運(yùn)行。因此，有必要對(duì)弧形閘門(mén)的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。結(jié)構(gòu)理論是改進(jìn)閘門(mén)設(shè)計(jì)的有效之一。目前，新型閘門(mén)研究工作多集中在閘門(mén)的后期校核以及形狀方面。鮮有利用結(jié)構(gòu)拓?fù)淅碚撍や撻l門(mén)的研究成果出現(xiàn)。本文根據(jù)連續(xù)體拓?fù)淅碚摚Y(jié)合結(jié)構(gòu)有限元分析，較地進(jìn)行了新型弧形鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)探討。本文結(jié)合實(shí)例，從新給出了設(shè)計(jì)新型露頂式斜支臂弧形閘門(mén)的主要步驟及結(jié)果。其主要步驟如下：首先，將設(shè)
閘門(mén)是水工建筑物的重要組成部分，其運(yùn)行情況關(guān)系到整個(gè)樞紐建筑物的。在對(duì)閘門(mén)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，如何才能做到既能閘門(mén)的正常運(yùn)行又能盡可能地成本是設(shè)計(jì)人員關(guān)心并一直研究的問(wèn)題。現(xiàn)行的弧形閘門(mén)的設(shè)計(jì)一般都采用規(guī)范中的平面體系計(jì)算，這種的計(jì)算結(jié)果在許多地方超過(guò)實(shí)測(cè)值的20～40％，而在一些關(guān)鍵部位又有可能偏小，因此這種有一定的局限性。目前在數(shù)值分析中被廣泛采用的有限單元法是一種、且能較真實(shí)地反映整體結(jié)構(gòu)各構(gòu)件協(xié)調(diào)作用的，但用有限單元法對(duì)弧形閘門(mén)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，其空間薄板模型的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，建模及計(jì)算時(shí)間都比較長(zhǎng)，在工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用不便。因此有必要深入分析研究弧形閘門(mén)的傳力路徑、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及各主要構(gòu)件間的變形協(xié)調(diào)條件，建立簡(jiǎn)單易行的弧形閘門(mén)框架模型，使其既能充分利用弧門(mén)空間體系的整體工作特點(diǎn)，又大大地減小建模的工作量。面板是弧形閘門(mén)的重要組成部分，規(guī)范中對(duì)于面板彎曲應(yīng)力的計(jì)算與校核，是在假定面板區(qū)格按照四邊固支的支承方浮筒閘門(mén)是水力自動(dòng)閘門(mén)的一種形式。它由浮筒、閘板、支承。水封、控制閘閥五部分組成(見(jiàn)圖1)。它利用水的浮力作力,自重以及浮筒內(nèi)的水重作關(guān)門(mén)力。調(diào)節(jié)浮筒內(nèi)的水重可以調(diào)節(jié)閘門(mén)的開(kāi)啟水位和關(guān)門(mén)水位。這種閘門(mén)在運(yùn)用中,當(dāng)閘前水位上升到一定程度即大于開(kāi)門(mén)水位時(shí),閘門(mén)將隨水位繼續(xù)上升而開(kāi)起。當(dāng)閘前水位下降到關(guān)門(mén)水位后,水位繼續(xù)下降閘門(mén)將隨水位下降,直到全關(guān)。因此,這種閘門(mén)用于閘前水位允許有一定變幅的情況,例如猴兒窩電站尾水渠上的分水閘,由于條件不宜做成溢流堰式分水建筑物,閘前允許有0.乓m的水位變幅,采用了這種浮筒閘門(mén),一取得了的經(jīng)濟(jì)效果和使用效果。比劫承美作子透絲李參崢灘味二冰閱洲下龍石棄滲水起其它水力自動(dòng)閘門(mén)來(lái)說(shuō),浮筒閘門(mén)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自重小、造價(jià)低的特點(diǎn),.可以作為溢流堰的比較方案。浮筒閘門(mén)工作原理當(dāng)浮筒閘門(mén)前水深為H。時(shí),閘門(mén)處于上浮動(dòng)平衡狀態(tài)。當(dāng)閘前水深為H:時(shí),浮筒閘門(mén)開(kāi)啟高度為H,一H。,此時(shí)泄流量為Q
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