大孔径下沉式双扉门方案布置及自振特性研究
发布时间：2021-07-18 12:47
大孔径下沉式双扉门作为一类新型闸门,因其在关门挡水时处于悬停状态的特殊布置方案,可能造成关门时闸门在竖直方向变形过大而引起节间漏水以及因振动而失稳破坏。为选出受力最合理的闸门布置方案并了解其振动特性,运用材料力学基本理论计算方法,对下扉门3种挡水类型进行计算分析,并采用有限元分析软件ANSYS,考虑流固耦合作用,对下扉门及双扉门进行自振特性分析。研究结果表明:闸门采用全封闭,内部空腔注水,且闸门门底承受内河侧水压力的布置方案最为合理;所选方案闸门自振频率较低,流固耦合作用下闸门的自振频率降低明显,有引发共振失稳破坏的风险,应根据实际情况对闸门进行加固。该研究可为类似闸门的布置及后续加固措施提供参考。
【文章来源】：中国港湾建设. 2020,40(11)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
大孔径下沉式双扉门布置图
在进行闸门布置方案选取时，主要考虑在关门挡水的各个工况下，闸门在各方向上所受合力都能最小，以减小闸门的整体变形，达到最好的止水效果。在进行闸门自振特性研究时，利用大型有限元分析软件ANSYS进行模拟，闸门面板、隔板及主梁腹板采用Shell181单元模拟，各次梁采用Beam189单元模拟。下扉门有限元模型共包含77 583个节点，82 058个单元，坐标系选用笛卡尔总体坐标系，以Z方向为竖直方向，Y方向为水流方向[7]。闸门结构采用Q345钢，其弹性模量为2.06×1011 Pa，泊松比为ν=0.3，重力加速度为9.8 m/s2。下扉门有限元模型如图2所示。1.2 挡水工况及边界条件
由于下沉式双扉钢闸门是一种新型闸门，其挡水模式虽与上提式双扉门相似，但其在挡水时受力情况却与上提式双扉门大有不同，因此有必要对下沉式双扉钢闸门的布置方案选取进行分析。此处拟定2种闸门布置方案，每种方案分别分析3种挡水类型。布置方案为：方案一：闸门右侧承受外河侧水压，左侧承受内河侧水压（图1）；方案二：闸门左侧承受外河侧水压，右侧承受内河侧水压。3种挡水类型为：类型一：下扉门整体为封闭体，通过充水改变闸门自重；类型二：下扉门右侧开孔，内部空间与外河（内河）侧相连；类型三：下扉门左侧开孔，内部空间与内河（外河）侧相连。具体类型见图3。分析时，此处只分析最大水位差的正反向校核工况，所以总共需分析12种挡水模式。在对布置方案选取分析时，应考虑其在各个方向上的受力情况，且应使在每个方向闸门受力尽量小。综上所述两种布置方案的12种挡水模式，无论上下扉门左右布置顺序如何，在每一种挡水模式中，下扉门在水平方向上所受合力都是一样的。因此在布置方案选取时，主要考虑在关门挡水时，闸门在竖直方向上所受合力最小或者接近于0，以达到更好的节间止水效果及最合理的受力分布。竖直方向合力计算公式为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]弧形闸门流激振动功率谱设计及时域反演[J]. 李斯,吴思远,王正中. 人民黄河. 2019(06)
[2]冲沙洞工作闸门静力及地震时程分析[J]. 李云龙,顾晓峰,胡友安. 江苏水利. 2019(05)
[3]弧形闸门的模态特征及地震时程分析[J]. 李云龙,顾晓峰,胡友安. 中国港湾建设. 2019(03)
[4]大跨度特型闸门流激振动及控振措施研究[J]. 严根华. 水利与建筑工程学报. 2018(05)
[5]水工弧形空腔闸门动力特性数值分析[J]. 韩彰,苏怀智,陈健,杨光. 水利水运工程学报. 2018(02)
[6]基于ANSYS的护镜门振动特性分析[J]. 盛韬桢,胡友安,厉丹丹. 水资源与水工程学报. 2018(02)
[7]基于ANSYS的流固耦合弧形闸门振动特性研究[J]. 李桑军,秦战生. 水力发电. 2018(01)
[8]水利水电工程钢闸门振动分析与评价[J]. 李炳源,王小峰. 科技资讯. 2017(33)
[9]新型水闸在水利工程中的应用研究[J]. 梁炜,张小林. 城市建设理论研究(电子版). 2017(22)
[10]平面钢闸门流激振动数值模拟与优化设计[J]. 袁宝珺. 水利规划与设计. 2017(06)
本文编号：3289603
【文章来源】：中国港湾建设. 2020,40(11)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
大孔径下沉式双扉门布置图
在进行闸门布置方案选取时，主要考虑在关门挡水的各个工况下，闸门在各方向上所受合力都能最小，以减小闸门的整体变形，达到最好的止水效果。在进行闸门自振特性研究时，利用大型有限元分析软件ANSYS进行模拟，闸门面板、隔板及主梁腹板采用Shell181单元模拟，各次梁采用Beam189单元模拟。下扉门有限元模型共包含77 583个节点，82 058个单元，坐标系选用笛卡尔总体坐标系，以Z方向为竖直方向，Y方向为水流方向[7]。闸门结构采用Q345钢，其弹性模量为2.06×1011 Pa，泊松比为ν=0.3，重力加速度为9.8 m/s2。下扉门有限元模型如图2所示。1.2 挡水工况及边界条件
由于下沉式双扉钢闸门是一种新型闸门，其挡水模式虽与上提式双扉门相似，但其在挡水时受力情况却与上提式双扉门大有不同，因此有必要对下沉式双扉钢闸门的布置方案选取进行分析。此处拟定2种闸门布置方案，每种方案分别分析3种挡水类型。布置方案为：方案一：闸门右侧承受外河侧水压，左侧承受内河侧水压（图1）；方案二：闸门左侧承受外河侧水压，右侧承受内河侧水压。3种挡水类型为：类型一：下扉门整体为封闭体，通过充水改变闸门自重；类型二：下扉门右侧开孔，内部空间与外河（内河）侧相连；类型三：下扉门左侧开孔，内部空间与内河（外河）侧相连。具体类型见图3。分析时，此处只分析最大水位差的正反向校核工况，所以总共需分析12种挡水模式。在对布置方案选取分析时，应考虑其在各个方向上的受力情况，且应使在每个方向闸门受力尽量小。综上所述两种布置方案的12种挡水模式，无论上下扉门左右布置顺序如何，在每一种挡水模式中，下扉门在水平方向上所受合力都是一样的。因此在布置方案选取时，主要考虑在关门挡水时，闸门在竖直方向上所受合力最小或者接近于0，以达到更好的节间止水效果及最合理的受力分布。竖直方向合力计算公式为：
【参考文献】：
期刊论文
[1]弧形闸门流激振动功率谱设计及时域反演[J]. 李斯,吴思远,王正中. 人民黄河. 2019(06)
[2]冲沙洞工作闸门静力及地震时程分析[J]. 李云龙,顾晓峰,胡友安. 江苏水利. 2019(05)
[3]弧形闸门的模态特征及地震时程分析[J]. 李云龙,顾晓峰,胡友安. 中国港湾建设. 2019(03)
[4]大跨度特型闸门流激振动及控振措施研究[J]. 严根华. 水利与建筑工程学报. 2018(05)
[5]水工弧形空腔闸门动力特性数值分析[J]. 韩彰,苏怀智,陈健,杨光. 水利水运工程学报. 2018(02)
[6]基于ANSYS的护镜门振动特性分析[J]. 盛韬桢,胡友安,厉丹丹. 水资源与水工程学报. 2018(02)
[7]基于ANSYS的流固耦合弧形闸门振动特性研究[J]. 李桑军,秦战生. 水力发电. 2018(01)
[8]水利水电工程钢闸门振动分析与评价[J]. 李炳源,王小峰. 科技资讯. 2017(33)
[9]新型水闸在水利工程中的应用研究[J]. 梁炜,张小林. 城市建设理论研究(电子版). 2017(22)
[10]平面钢闸门流激振动数值模拟与优化设计[J]. 袁宝珺. 水利规划与设计. 2017(06)
本文编号：3289603
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