波浪荷載作用下船閘人字門結構疲勞分析.pdf

1、船閘人字閘門因其結構形式布置合理、運行方便可靠、閘門啟閉力小以及節(jié)省材料等優(yōu)點，已經成為大中型船閘的主要工作門型。在實際運行過程中，船閘人字門存在疲勞開裂問題。國內外學者對大型船閘人字門開展有限元研究分析和水彈性材料的模型試驗，主要是基于人字閘門的結構內力計算，鮮有涉及人字門運行后的疲勞開裂研究。因此，在采用適當?shù)姆治龇椒▽Υl人字閘門進行結構內力計算的基礎上，進一步展開對結構疲勞的研究，并提出合理的抗疲勞措施，具有較重要的理論及實際意

2、義。
　　本文利用ANSYS有限元軟件建立人字閘門三維空間結構有限元模型，針對依托工程選取不同工況進行有限元分析計算，并基于結構疲勞理論，首次引入FE-SAFE疲勞計算軟件對人字閘門進行疲勞壽命分析，主要結論如下:
　　1、設計工況下，人字閘門的整體結構朝下游側凸出，結構變形和應力呈現(xiàn)對稱分布趨勢，整體最大折算應力與最大變形均位于面板中下部。面板結構起到擋水和傳遞荷載的重要作用，在局部位置如面板與主梁連接處存在應力集中現(xiàn)象。

3、主梁結構為主要受力構件，其最大折算應力出現(xiàn)在主梁端部，最大變形出現(xiàn)在主梁結構跨中處，腹板處應力值遠大于上下翼緣，易發(fā)生翹曲變形。
　　2、高水工況下，閘室內外水位較高，靜水荷載作用于閘門的范圍更廣，閘門整體最大折算應力與最大變形均位于面板中上部。由于人字閘門主橫梁按等荷載布置，上部主梁間距更大，導致上部結構的內力及變形也隨之增大。兩種工況下結構整體最大變形相差54.41％～68.69％，整體折算應力相差55.65％～64.08％，

4、二者應力和變形的變化趨勢相差甚大。
　　3、波浪荷載作用下閘門的疲勞分析結果表明，疲勞破壞主要出現(xiàn)在面板與主橫梁連接處與主橫梁端部。波高值從0.1增大到1.5m時，人字閘門疲勞對數(shù)壽命值相差42.3％。波高值線性遞增時，人字閘門疲勞循環(huán)次數(shù)按指數(shù)級遞減。
　　4、其他影響因素分析表明，殘余拉應力導致人字閘門疲勞強度降低，殘余壓應力存在時結果反之;材料表面參數(shù)與閘門疲勞壽命成反比，表面參數(shù)小于1.5時，結構疲勞壽命遞減速度快，