弧形闸门排水孔对其工作性态的影响分析

第35卷第8期2013年8月人民黄河YELLOWRIVERVo1．35。No．8Aug．，2013【水利水电工程】弧形闸门排水孔对其工作性态的影响分析黄勇，杨光明，贾文斌(河海大学能源与电气学院，江苏南京210098)摘要：以某水电站溢洪道工作闸门为例，利用ANSYS软件建立了弧形闸门三维有限元仿真分析模型。分析比较了不设排水孔、开设排水孔两种情况下弧形闸门各构件应力、变形的差异，并通过改变排水孔截面尺寸的方法，分析了弧形闸门各构件应力、变形随排水孔截面尺寸的变化规律。研究结果表明：开设排水孔以后，闸门的工作性态发生很大变化；而当排水孔截面尺寸小于1／4主梁腹板宽度时，闸门各构件的应力、变形几乎不受排水孔截面尺寸的影响，因此排水孔的截面尺寸应在1／4主梁腹板宽度内选取。关键词：弧形闸门；排水孔；应力；变形；有限元法中图分类号：rv663文献标志码：Adot：10．3969／j．issn．1000—1379，2013．08．033ImpactofDrainHolesofRadialGateonitsWorkBehaviorHUANGYong，YANGGuang—ming，JIAWen—bin(CollegeofEnergyandElectricalEngineering，HohaiUniversity，Nanjing210098，China)Abstract：Accordingtothespillwayworkgateinahydropowerstation，theradialgate3一Dfiniteelementsimulationanalysismodelwasestab-lishedbasedOIIANSYSsoftware．Thedifemncesofradialgatecomponents’stressanddeformationwereanalyzedandcomparedundertwodifferentconditions，whichweresetandnotsetdrainholes．Thevariationlawsofradialgatecomponents’stressanddeformationwiththesectionsizesofdrainholeswereanalyzed，basedonthemethodwhichchangingthesectionsizesofdrainholesTheresultsshowthataftersettingdrainholes，theworkbehaviorofradialgatechangedgreatly．Whenthesectionsizeislessthan1／4widthofmainbeamweb，thegatecomponents’stressandde—formationsl'enotafectedbythesectionsizesofdrainholes．Thesectionsizesofdrainholesshouldbechosenintherangeof1／4widthofmainbeamweb．Keywords：radialgate；drainholes；stress；deformation；finiteelementmethod弧形闸门具有启闭省力、运转可靠、泄流条件良好等特点，在水利工程中得到广泛应用。它一般由面板、梁、支撑结构等组成，其中梁是最广泛使用的一种构件，如水平主次梁、纵向次梁、边梁等。梁的构造形式很多，主要有型钢梁、组合梁、桁架和钢架梁等，无论采用哪种形式，拼接焊成的弧形闸门都有较多的梁格、棱角、夹缝等，很容易积水，这种潮湿的环境形成电化学腐蚀的客观条件，加速了闸门的腐蚀，从而影响闸门的安全性状，如结构承载能力下降，刚度和稳定性降低等⋯。在实际设计、制造时，通常需要在易积水部位开设排水孑L。孔的存在不可避免地产生孔边应力集中现象，使孔口附近的应力大小、应力状态与变形状态发生较大变化。在弧形闸门中，排水孔一般设置在主梁腹板上，而主梁是弧形闸门的主要受力和传力构件，因此计算分析排水孔及其不同截面尺寸对弧形闸门各构件工作性态的影响显得很有必要。目前弧形闸门基本上参照设计规范按平面结构体系方法进行设计，采用一般结构力学和容许应力方法进行计算，这种方法把整个结构体分割成相互独立的构件，不能准确反映整个闸门各构件的相互联系。而相关规范中未提及排水孔的设计，通常是设计人员按照以往经验及实际情况进行设置，具有较大的盲目性和不可靠性。水·106·工钢闸门的有限元法是将闸门作为一个整体的空间结构体系进行分析计算，准确地计算出各构件的应力及变形，能够充分体现出闸门较强的空间效应，已广泛应用于各类闸门的设计分析中-9i。笔者应用ANSYS有限元