弧形鋼閘門三維非線性有限元分析.pdf

1、建國以來，我國水利水電工程采用了大量的弧形鋼閘門，經(jīng)過長期運(yùn)行，早期的一些閘門因采用平面假定體系設(shè)計方法，導(dǎo)致計算結(jié)果與實(shí)際的空間受力狀態(tài)有一定的偏差，從而引發(fā)安全事故。近30多年來，空間有限元法逐漸成熟并在弧形鋼閘門三維分析方面得到應(yīng)用，然而，靜力方面的研究大多局限于弧形鋼閘門應(yīng)力、變形的線性分析，而且，在建模階段，大多沒有考慮面板后面的加勁肋，在分析階段，沒有對弧形閘門的靜力穩(wěn)定性進(jìn)行分析。此外，隨著閘門的長期使用，閘門的銹蝕問題日

2、益突出，但國內(nèi)對弧形鋼閘門面板局部銹蝕的研究仍十分有限。因此，本文進(jìn)行了以下幾個方面的研究:
　　以不帶有支臂腹桿的弧形鋼閘門為研究對象，運(yùn)用有限元法對其設(shè)計水頭下的靜力穩(wěn)定性進(jìn)行了非線性分析，并與規(guī)范中空間穩(wěn)定計算公式的計算結(jié)果進(jìn)行了對比，同時研究了桁架布置形式和截面尺寸對弧形鋼閘門靜力穩(wěn)定的影響;對有、無面板加勁肋構(gòu)件的弧形鋼閘門進(jìn)行了非線性分析，對比了兩個模型的應(yīng)力和位移結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，模擬了有加勁肋構(gòu)件的弧形鋼閘門面板的

3、局部銹蝕，并對弧形鋼閘門的銹蝕敏感部位及閘門最大應(yīng)力隨銹蝕深度的變化規(guī)律進(jìn)行了研究。
　　分析結(jié)果表明:在靜水壓力作用下，支臂桁架平面內(nèi)不設(shè)置腹桿時，支臂會出現(xiàn)失穩(wěn)破壞，故靜力方面的研究不能僅局限于弧形鋼閘門應(yīng)力、變形的線性分析，還要對閘門的非線性穩(wěn)定性進(jìn)行校核。利用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的空間穩(wěn)定計算公式對不設(shè)置腹桿的支臂穩(wěn)定性進(jìn)行校核，得出支臂未出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象的結(jié)論，然而，由ANSYS軟件計算結(jié)果得知該支臂已發(fā)生彎扭失穩(wěn)，這就說明，規(guī)

4、范中的穩(wěn)定計算公式不能全面考慮支臂的空間受力狀態(tài)和幾何非線性，為安全起見，有必要使用有限元法對弧形鋼閘門進(jìn)行結(jié)構(gòu)校核。在支臂桁架平面內(nèi)設(shè)置腹桿和減小支臂的腹板高度、增加翼緣寬度兩種措施可以提高空間支臂構(gòu)件的屈曲應(yīng)力，從而有效避免弧形鋼閘門的失穩(wěn)破壞;有面板加勁肋后，閘門面板應(yīng)力由不能滿足強(qiáng)度要求的180MPa減小到能滿足規(guī)范的要求的150MPa，說明面板加勁肋是保證閘門結(jié)構(gòu)安全的重要構(gòu)件之一，建立閘門的三維模型時不能忽略加勁肋構(gòu)件;弧形