波浪荷載作用下船閘人字門結(jié)構(gòu)疲勞分析.pdf

1、船閘人字閘門因其結(jié)構(gòu)形式布置合理、運(yùn)行方便可靠、閘門啟閉力小以及節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為大中型船閘的主要工作門型。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，船閘人字門存在疲勞開裂問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)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(yàn)，主要是基于人字閘門的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，鮮有涉及人字門運(yùn)行后的疲勞開裂研究。因此，在采用適當(dāng)?shù)姆治龇椒▽?duì)船閘人字閘門進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步展開對(duì)結(jié)構(gòu)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(shí)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(jié)構(gòu)有限元模型，針對(duì)依托工程選取不同工況進(jìn)行有限元分析計(jì)算，并基于結(jié)構(gòu)疲勞理論，首次引入FE-SAFE疲勞計(jì)算軟件對(duì)人字閘門進(jìn)行疲勞壽命分析，主要結(jié)論如下:
　　1、設(shè)計(jì)工況下，人字閘門的整體結(jié)構(gòu)朝下游側(cè)凸出，結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力呈現(xiàn)對(duì)稱分布趨勢(shì)，整體最大折算應(yīng)力與最大變形均位于面板中下部。面板結(jié)構(gòu)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(yīng)力集中現(xiàn)象。

3、主梁結(jié)構(gòu)為主要受力構(gòu)件，其最大折算應(yīng)力出現(xiàn)在主梁端部，最大變形出現(xiàn)在主梁結(jié)構(gòu)跨中處，腹板處應(yīng)力值遠(yuǎn)大于上下翼緣，易發(fā)生翹曲變形。
　　2、高水工況下，閘室內(nèi)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(yīng)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(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及變形也隨之增大。兩種工況下結(jié)構(gòu)整體最大變形相差54.41％～68.69％，整體折算應(yīng)力相差55.65％～64.08％，

4、二者應(yīng)力和變形的變化趨勢(shì)相差甚大。
　　3、波浪荷載作用下閘門的疲勞分析結(jié)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(shí)，人字閘門疲勞對(duì)數(shù)壽命值相差42.3％。波高值線性遞增時(shí)，人字閘門疲勞循環(huán)次數(shù)按指數(shù)級(jí)遞減。
　　4、其他影響因素分析表明，殘余拉應(yīng)力導(dǎo)致人字閘門疲勞強(qiáng)度降低，殘余壓應(yīng)力存在時(shí)結(jié)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(shí)，結(jié)構(gòu)疲勞壽命遞減速度快，