雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門的分析理論和試驗研究.pdf

1、雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門是應(yīng)用大跨度空間結(jié)構(gòu)設(shè)計理念提出的一種新型閘門,其承重結(jié)構(gòu)是由模擬魚體構(gòu)造為適應(yīng)閘門雙向荷載特點設(shè)計的雙拱鋼管桁架組成.每榀雙拱鋼管桁架包括正拱、反拱、腹桿和弦桿等構(gòu)件,多榀雙拱鋼管桁架由橫向桁架連接就構(gòu)成了雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門.相對于傳統(tǒng)實腹梁格結(jié)構(gòu)閘門而言,雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門構(gòu)件主要承受軸向應(yīng)力,剛度大.在相同條件下,采用這種結(jié)構(gòu)型式的閘門比實腹梁格閘門節(jié)省大量的用鋼量. 本文就對這種閘門進(jìn)行了分

2、析理論和試驗的研究,首先對雙拱鋼管桁架結(jié)構(gòu)的淵源進(jìn)行了探討,提出了雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門的概念.并和傳統(tǒng)的實腹梁格閘門進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門構(gòu)件主要以承受軸向應(yīng)力為主.介紹了雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門在"中國第一河口大閘"曹娥江擋潮泄洪閘門中的應(yīng)用,曹娥江大閘閘門將承受巨大的錢塘江涌潮荷載,雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門在這里顯示出較大的優(yōu)勢,相對于傳統(tǒng)的實腹梁格型式閘門節(jié)省了30﹪左右的用鋼量. 接著對雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門

3、的靜力計算方法做了研究.提出了兩種靜力計算方法,分別為按空間結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用有限元計算的方法和按平面結(jié)構(gòu)體系推導(dǎo)簡化計算公式的方法.并根據(jù)靜力計算結(jié)果對雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門的受力性能進(jìn)行了分析. 同時針對雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門的重要參數(shù),如雙拱鋼管桁架結(jié)構(gòu)的布置榀數(shù)、雙拱的線型、雙拱的厚跨比等,進(jìn)行了參數(shù)分析,找出合理的參數(shù)為雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門的初步設(shè)計作參考. 進(jìn)一步以曹娥江大閘工程為背景進(jìn)行了閘門的靜力模型試驗研究

4、.模型試驗研究內(nèi)容主要有3個部分,分別為閘門靜力加載試驗、反復(fù)加載試驗、和滯回性能試驗研究. 靜力加載試驗研究驗證了計算分析理論的準(zhǔn)確性,并分析了結(jié)構(gòu)的受力特性；反復(fù)加載試驗研究驗證了閘門在設(shè)計試驗荷載譜反復(fù)作用下不會發(fā)生疲勞破壞；滯回性能試驗研究發(fā)現(xiàn)閘門結(jié)構(gòu)的承載特性分為三個階段:分別為彈性階段、局部塑性階段、破壞階段. 相應(yīng)有局部屈服點和整體屈服點,結(jié)構(gòu)的延性較好.閘門結(jié)構(gòu)在雙拱交叉處和拱腳處節(jié)點破壞明顯,這些部位是

5、結(jié)構(gòu)的薄弱之處. 閘門作為一種擋水構(gòu)造物,經(jīng)常會承受較大的水動力荷載作用,于是又以曹娥江大閘工程為背景對雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門進(jìn)行了動力性能的分析研究,動力性能研究主要有兩個方面內(nèi)容:首先對閘門的自振特性進(jìn)行研究分析,分別考慮了閘門干模態(tài)(閘前無水時)和濕模態(tài)(閘前有水時)的情況.然后應(yīng)用實測涌潮沖擊荷載譜,考慮附加水質(zhì)量的影響,對閘門在涌潮沖擊下的動力響應(yīng)進(jìn)行了分析研究.從研究結(jié)果可知涌潮沖擊荷載引起的動力效應(yīng)不會對閘門結(jié)構(gòu)造

6、成破壞. 從整體模型試驗中發(fā)現(xiàn),拱腳處節(jié)點和正拱、反拱相交節(jié)點是雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門的薄弱之處.于是進(jìn)一步對正、反拱相交的節(jié)點進(jìn)行模型試驗研究,對其不同的節(jié)點型式(無加強(qiáng)型、套管加強(qiáng)型、肋板加強(qiáng)型)的承載力,應(yīng)力分布等進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)套管加強(qiáng)型是較好的加強(qiáng)節(jié)點型式.同時對拱腳支座節(jié)點,提出了設(shè)計原則,并以曹娥江大閘雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門的拱腳節(jié)點為例進(jìn)行了分析和改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計.提出了雙拱型空間鋼管結(jié)構(gòu)閘門疲勞性能分析方法,對曹娥