底横轴翻转闸门静力学与动力学特性分析

摘要

在水利水电工程结构中，底横轴翻转闸门是一种由液压装置提供驱动力的新式闸门。闸门主要由门叶、底横轴、铰支座、自润滑轴承、止水装置、拐臂、液压装置、锁定装置等部分组成。液压装置通过对拐臂施加力，开启闸门时带动闸门门叶绕底横轴从上游方向到下游方向做扇形运动。该新式闸门具有结构简单、美观性好、适用跨度大、开启力矩较小、开启与关闭所需时间较短、设计使用年限长、不易被沉积的泥沙阻塞等优点。目前闸门处于发展阶段，比较缺乏有针对性的分析设计理论以及相关规范。因而对闸门进行研究，探索其在荷载作用下的响应状态，能够为闸门的理论分析研究提供参考依据，有助于闸门的推广与应用。　　本文主要介绍了闸门在水压力与闸门自重荷载作用下的应力应变状态、闸门的固有频率以及闸门在地震荷载作用下的响应状态。首先通过ANSYS软件创建闸门的三维模型，对其施加载荷，进行分析。针对不同的闸门约束间距、跨度、面板厚度、底横轴厚度和梁翼缘板以及腹板的尺寸，分别进行计算，对应力应变结果进行分析总结。其次对闸门进行模态分析，选择两种情况进行考虑。不考虑水的影响因素，分析闸门固有频率的状态。考虑闸门与水体的耦合作用，并设置不同工况，让闸门处于不同挡水高度，对闸门的固有频率进行计算，研究其变化规律。最后使用反应谱法分析闸门在地震载荷作用下的响应状态。　　经过有限元软件的分析，得到闸门在水压力以及自身重力作用下的应力应变云图，经过分析闸门的强度以及刚度能够满足规范的要求。在竖直主梁与底横轴的连接处由于截面突变比较严重容易出现应力集中现象，但对闸门的强度与刚度影响不大。约束间距、面板厚度、底横轴厚度、竖直主梁翼缘板宽度以及腹板的厚度对闸门的受力性能影响较大，而跨度、横向主梁与次梁的翼缘板宽度和腹板厚度的影响较小。当考虑闸门与水的耦合作用时，随着闸门挡水高度的增大，闸门的固有频率呈现逐渐降低的趋势。故在闸门今后的设计分析工作中，闸门与水体之间的耦合作用需要进行分析验证。依据设计反应谱，按照8度设防烈度，闸门在地震载荷作用下的应力与应变结果都没有超出其最大容许应力以及挠度的限值。闸门跨中门叶底部附近的区域是薄弱部位，容易出现应力集中。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究的背景与意义

1.2 本文研究的内容

第二章 底横轴翻转闸门的工作原理与制作安装要点

2.1 闸门的工作原理

2.2 闸门的受力情况

2.3 闸门的制作流程与安装控制要点

2.4 本章小结

第三章 底横轴翻转闸门的静力学特性分析

3.1 有限单元法

3.2 基于ANSYS软件的底横轴翻转闸门的有限单元法分析

3.3 底横轴翻转闸门的结构布置

3.4 底横轴翻转闸门有限元模型的建立

3.5 实例分析

3.6 本章小结

第四章 底横轴翻转闸门的模态分析

4.1 工程结构动力分析

4.2 工程结构的自由振动方程

4.3 基于ANSYS软件的闸门模态分析

4.4 本章小结

第五章 底横轴翻转闸门的地震荷载响应

5.1 反应谱法

5.2 地震反应谱和设计反应谱

5.3 基于ANSYS软件的底横轴翻转闸门反应谱分析

5.4 本章小结

第六章 结论

6.1 总结

6.2 有待进一步分析研究的问题

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果