高水頭平面鋼閘門(mén)靜力特性分析研究——小灣水電站鏈輪閘門(mén)輪壓分布及變形應(yīng)力分析.pdf

1、小灣水電站底孔鏈輪閘門(mén)是目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)水頭最高、荷載最大的鏈輪閘門(mén).由于目前國(guó)內(nèi)對(duì)鏈輪閘門(mén)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較少,對(duì)大荷載輥輪的接觸應(yīng)力計(jì)算與控制、彈塑性變形特性的認(rèn)識(shí)不夠深入,對(duì)輪壓分布的認(rèn)識(shí)也很不完善,所以對(duì)小灣水電站事故鏈輪閘門(mén)的單個(gè)輥輪進(jìn)行接觸應(yīng)力和整體輪壓分布的計(jì)算分析具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值.對(duì)于高水頭閘門(mén),現(xiàn)行閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范的平面體系算法過(guò)于簡(jiǎn)單,為了保障小灣底孔事故鏈輪閘門(mén)的安全、可靠運(yùn)行,獲得閘門(mén)較為準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力

2、,本文建立了與實(shí)際結(jié)構(gòu)相一致的空間結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行計(jì)算.傳統(tǒng)的計(jì)算鏈輪閘門(mén)單個(gè)輥輪接觸應(yīng)力的方法是進(jìn)行壓痕試驗(yàn),但允許的輥輪接觸應(yīng)力與有關(guān)試驗(yàn)的差異較大.本文在總結(jié)已有的接觸面單元形式的基礎(chǔ)上,采用了合理模擬接觸面的常規(guī)薄層單元及以相應(yīng)的非線性分析為基礎(chǔ)的三維有限元解法對(duì)輥輪進(jìn)行有限元分析.同時(shí),因?yàn)檠芯康膬H僅是輥輪接觸面附近區(qū)域的應(yīng)力、應(yīng)變情況,提出了局部非協(xié)調(diào)網(wǎng)格協(xié)調(diào)位移解法.該方法以交界面上接觸體一側(cè)的節(jié)點(diǎn)的位移變量作為基本變量

3、,而輥輪一側(cè)的節(jié)點(diǎn)的位移變量作為從變量,通過(guò)線性插值建立從變量與基本變量之間的線性關(guān)系,導(dǎo)出以基本變量作為未知量的總體線性方程組,從而在兩者交界面處建立位移協(xié)調(diào)關(guān)系,求解出單個(gè)輥輪接觸應(yīng)力情況,對(duì)輥輪進(jìn)行了強(qiáng)度校核.由于鏈輪閘門(mén)支承行走部分尺寸較小,鏈輪支承系統(tǒng)屬于多次超靜定且對(duì)輪壓有很大影響的制造精度無(wú)法定量估算,要精確計(jì)算輪壓分布十分困難.常用的鏈輪閘門(mén)輪壓計(jì)算方法中的平均輪壓法的超載系數(shù)的確定存在較大的隨意性,因此用這種方法計(jì)算輪

4、壓分布是不合理的.本文針對(duì)閘門(mén)受力鏈輪與門(mén)槽主軌接觸良好的情況,采用彈性地基法對(duì)整體輪壓分布進(jìn)行計(jì)算分析.另一方面,若有部分受力鏈輪與門(mén)槽主軌脫空,為了精確計(jì)算未與主軌面接觸的受力鏈輪以及未接觸的鏈輪脫空間隙的大小對(duì)鏈輪的壓力分布的影響,本文用改進(jìn)的間隙單元法進(jìn)行了計(jì)算分析,有效地解決了鏈輪閘門(mén)的受力鏈輪有脫空間隙時(shí)的輪壓分布問(wèn)題.論文最后采用三維非線性有限元法對(duì)小灣水電站事故鏈輪閘門(mén)整體結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算分析,并用本文提出的閘