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钢闸门体型优选和经济性

编辑:新河县淼禹水利机械厂时间:2019-03-28


弧形钢闸门以其轻盈的结构形式、合理的受力性能以及启闭力小等优点,在水工结构中得到广泛应用。但是弧形钢闸门的流激振动问题较为突出,因流激振动造成破坏在国内外水工结构中时有发生。钢闸门流激振动由水动力荷载特点和闸门振动特性决定,当水动力荷载无法改变时,优化闸门的动力特性成为唯一选择。结构的自振频率和振型仅由结构的刚度和质量所决定,与其它因素无关,故称之为结构的特征参量。纵观弧形闸门的破坏性态,大部分是由于支臂发生振动过大,造成支臂动力失稳,或荷载效应超过材料强度,进而发生破坏。通过优化和调整闸门结构质量和刚度分布,使闸门低频率范围远离流激荷载高能区域,减轻闸门由于流激荷载引起的振动。在最不利工况作用下,不仅使闸门满足基本频率要求,而且通过对闸门整体结构刚度和质量分布的调整,使闸门低阶振型以对结构变形有利的振型为主,延迟对结构变形不利的振型,降低不利振型在结构整体变形中所占的比重。使闸门不但满足生产运营的安全需要,而且满足经济性要求。

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首先基于频率灵敏度系数确定了弧形钢闸门影响结构力学性能的关键构件-闸门支臂;进而通过引入经济性和力学性能指标,确定支臂的合理截面尺寸。使闸门先出现模态以对结构变形有利振型为主,例如平动和弯曲振型;降低或推迟对结构变形不利振型,例如剪切和扭转振型。将闸门有限元模型带入动力学方程式,为了避免求解动力学方程的积分运算,采用增维矩阵法,化积分运算为代数加法运算。流激荷载激励曲线采用实测压力曲线,结果表明:采用优选后结构模型能有效降低结构各方向最大位移,确保闸门的安全运营。

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