謝遵黨，張雪才，陳麗曄

（1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450003；2.水利部黃河流域水治理與水安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（籌），河南 鄭州 450003）

1 引 言

我國(guó)水能資源開(kāi)發(fā)利用程度盡管已達(dá)55.6%，但遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家80%的平均開(kāi)發(fā)利用水平，要趕超發(fā)達(dá)國(guó)家、減少碳排放、實(shí)現(xiàn)碳中和，還需大力修建水利水電工程［1－2］。閘門作為水利水電工程的調(diào)節(jié)咽喉，在防洪、發(fā)電、水資源調(diào)配和減淤等方面具有重要作用。真實(shí)工作狀態(tài)中閘門結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)極強(qiáng)，我國(guó)閘門設(shè)計(jì)規(guī)范經(jīng)六十年歷多版［3－8］，其中對(duì)于閘門結(jié)構(gòu)的分析一直采用平面體系法。平面體系法盡管具有力學(xué)概念明確、計(jì)算簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，但不能考慮閘門結(jié)構(gòu)的空間 效 應(yīng)［9－10］。美 國(guó) 等 國(guó) 家 規(guī) 范［11－14］及 科 研 進(jìn)展［15－19］都明確指出可采用空間體系法（主要是有限元法）對(duì)閘門結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。隨著科技進(jìn)步、有限元理論及計(jì)算軟件的不斷成熟完善、《機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有限元分析通用規(guī)則》（GB／T 33582— 2017）［20］的頒布實(shí)施，采用空間體系法對(duì)閘門結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟［21－24］。

生態(tài)保護(hù)理念的持續(xù)深入發(fā)展，對(duì)水利水電工程和水利樞紐工程的功能提出了新的要求，已建水利工程功能完善最便捷、最經(jīng)濟(jì)的措施是改變閘門的運(yùn)行方式（即由設(shè)計(jì)時(shí)全關(guān)全開(kāi)調(diào)整為局部開(kāi)啟）。為確保長(zhǎng)服役期或改變運(yùn)行方式的閘門結(jié)構(gòu)安全，需要對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患、了解閘門運(yùn)行狀態(tài)，從而制定應(yīng)急措施。采用空間體系法進(jìn)行閘門安全評(píng)價(jià)對(duì)確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，同時(shí)可彌補(bǔ)平面體系法的不足。

另外，閘門設(shè)計(jì)主要依據(jù)經(jīng)大量工程實(shí)踐持續(xù)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)規(guī)范［7－8］和設(shè)計(jì)手冊(cè)［25］，但在設(shè)計(jì)階段仍存在不足：①閘門自重仍無(wú)高質(zhì)量的計(jì)算方法。閘門自重不僅與自身造價(jià)、相配套啟閉機(jī)容量及其造價(jià)密切相關(guān)，還關(guān)乎閘門自身結(jié)構(gòu)的安全。②閘門重心位置仍按經(jīng)驗(yàn)公式確定。閘門重心是影響啟門力的重要因素，準(zhǔn)確確定重心位置對(duì)結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)和工程穩(wěn)定運(yùn)行具有重要影響。③啟門力對(duì)閘門整體結(jié)構(gòu)的影響還不清楚。為保證閘門實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中啟閉安全，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段就考慮啟門力對(duì)閘門整體結(jié)構(gòu)尤其是頂梁結(jié)構(gòu)的影響，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取相應(yīng)措施。④配重塊對(duì)平面閘門整體結(jié)構(gòu)的影響仍未考慮。平面閘門通常需采用配重塊輔助閉門，但在設(shè)計(jì)階段往往不能考慮配重塊的數(shù)量和位置，更不能考慮配重塊對(duì)閘門整體結(jié)構(gòu)尤其是主梁結(jié)構(gòu)的影響。本文針對(duì)目前閘門安全評(píng)價(jià)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段存在的問(wèn)題，采用空間體系法對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)分析并給出具體可行且普適可重復(fù)的分析過(guò)程，為閘門結(jié)構(gòu)更加準(zhǔn)確分析與設(shè)計(jì)提供借鑒。

2 閘門整體結(jié)構(gòu)的安全評(píng)價(jià)

2.1 安全評(píng)價(jià)的重要性

1949年以來(lái)，我國(guó)水利工程中應(yīng)用了大量閘門結(jié)構(gòu)，囿于其工作環(huán)境惡劣且當(dāng)時(shí)防腐蝕措施落后，超過(guò)一定使用年限后，絕大多數(shù)閘門不同程度銹蝕、磨損和老化［26］。根據(jù)《水工鋼閘門和啟閉機(jī)安全檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（SL101— 2014）［27］和《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》（SL226— 98）［28］的具體要求，應(yīng)對(duì)閘門等金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。目前我國(guó)運(yùn)行中的許多閘門已達(dá)到或超過(guò)折舊年限，這些閘門安全狀況不佳，甚至存在重大安全隱患，需要及時(shí)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。另外，閘門運(yùn)行方式由設(shè)計(jì)時(shí)全關(guān)全開(kāi)調(diào)整為局部開(kāi)啟，因設(shè)計(jì)時(shí)未考慮閘門局開(kāi)運(yùn)行工況且隨閘門服役時(shí)間的延長(zhǎng)，閘門結(jié)構(gòu)力學(xué)性能出現(xiàn)不同程度的降低［29－30］，故直接開(kāi)展閘門局開(kāi)原型試驗(yàn)，可能造成閘門結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致重大事故。為避免直接進(jìn)行原型試驗(yàn)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，采用空間體系法對(duì)閘門結(jié)構(gòu)進(jìn)行局開(kāi)工況分析，鑒定安全性后再進(jìn)行原型試驗(yàn)。

綜上，采用空間體系法分析閘門結(jié)構(gòu)一方面可對(duì)長(zhǎng)期服役閘門結(jié)構(gòu)的安全狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，保障閘門長(zhǎng)久安全穩(wěn)定運(yùn)行，另一方面可避免直接進(jìn)行原型試驗(yàn)帶來(lái)事故風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 閘門安全評(píng)價(jià)的步驟

采用空間體系法進(jìn)行閘門安全評(píng)價(jià)的步驟一般為：①充分了解閘門結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)資料、設(shè)計(jì)條件、運(yùn)行記錄、檢修維護(hù)記錄等；②對(duì)閘門進(jìn)行外觀評(píng)價(jià)、銹蝕評(píng)價(jià)、材料強(qiáng)度評(píng)價(jià)；③采用大型通用有限元軟件AN?SYS根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和銹蝕評(píng)價(jià)資料等直接建立閘門結(jié)構(gòu)的幾何模型；④根據(jù)閘門實(shí)際受載和支承情況，在有限元模型上恰當(dāng)施加荷載和約束；⑤采用映射網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分得到高質(zhì)量網(wǎng)格模型和高精度分析結(jié)果；⑥分析并提取結(jié)果，根據(jù)閘門規(guī)范［7－8］進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。

以某水利樞紐工程弧形閘門的安全評(píng)價(jià)為例，采用空間體系法對(duì)閘門結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到閘門在不同工況下整體結(jié)構(gòu)、面板結(jié)構(gòu)、頂梁結(jié)構(gòu)、底梁結(jié)構(gòu)、橫梁結(jié)構(gòu)、縱梁結(jié)構(gòu)、邊梁結(jié)構(gòu)、支臂結(jié)構(gòu)等的應(yīng)力和位移［30］，限于篇幅，僅給出整體結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力云圖和位移云圖（見(jiàn)圖1、圖 2）。

圖1 弧形閘門結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力云圖（Pa）

圖2 弧形閘門結(jié)構(gòu)等效位移云圖（m）

3 閘門自重及重心的確定

3.1 閘門自重的確定

準(zhǔn)確計(jì)算閘門自重是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作，在初步設(shè)計(jì)階段，因沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行全面研究，故往往采用規(guī)范［3－4］中公式或工程類比［31］方法來(lái)確定閘門質(zhì)量，結(jié)果誤差較大。閘門自重既影響自身工程造價(jià)，又與啟閉機(jī)容量（或造價(jià)）直接相關(guān)［32］。采用平面體系法［7－8］設(shè)計(jì)閘門需要計(jì)算閘門各個(gè)部件的體積，然后得到結(jié)構(gòu)總體積，再考慮材料密度即可得到總質(zhì)量。采用平面體系法計(jì)算閘門質(zhì)量工作量大且易漏考慮或重復(fù)考慮部分結(jié)構(gòu)質(zhì)量，造成閘門質(zhì)量失真。

1995年前閘門自重一般根據(jù)規(guī)范計(jì)算，如1964年版規(guī)范［3］推薦采用蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)公式，1978年版規(guī)范［4］推薦使用西北農(nóng)學(xué)院根據(jù)600多例閘門提出的估算閘門自重的經(jīng)驗(yàn)公式。因規(guī)范中閘門自重公式在實(shí)際運(yùn)用中誤差較大，故1995年版規(guī)范［5］刪除了閘門自重估算的經(jīng)驗(yàn)公式，此后2013年版［6］、2015年版［7］和2019年版［8］規(guī)范中均未將閘門自重估算公式列入。

一些學(xué)者對(duì)閘門自重也進(jìn)行了研究。1956年劉當(dāng)焱［33］詳細(xì)介紹了蘇聯(lián)《水工結(jié)構(gòu)》中有關(guān)平面閘門質(zhì)量的估算公式。1985年王鐵生［34］、1987年周克敏［35］分別介紹了英國(guó)《水力發(fā)電與壩工建設(shè)》中有關(guān)估算閘門質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)公式。1986年何運(yùn)林［32］采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論推導(dǎo)了估算各種船閘閘門和閥門質(zhì)量的公式。1988年吳霽云［36］采用回歸分析的方法給出了20世紀(jì)80年代前升臥式閘門、雙扉閘門、舌瓣閘門和轉(zhuǎn)動(dòng)閘門的質(zhì)量估算公式。1997年劉平［37］采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法給出了20世紀(jì)80年代以前表孔弧門的質(zhì)量估算公式。2018年陳嬌等［38］根據(jù)1990年之前的弧門質(zhì)量數(shù)據(jù)，采用逐步篩選的方式對(duì)弧形閘門質(zhì)量估算公式進(jìn)行了優(yōu)化。2020年勞海軍等［39］對(duì)不同時(shí)期閘門質(zhì)量估算公式進(jìn)行了總結(jié)，并從中篩選出適合平面定輪閘門的質(zhì)量估算公式。以上研究幾乎都是采用概率統(tǒng)計(jì)方法針對(duì)特定時(shí)期特定閘門進(jìn)行的，得到的閘門質(zhì)量估算經(jīng)驗(yàn)公式精度低、適用范圍有限。為更好地解決閘門自重計(jì)算中存在的問(wèn)題，彌補(bǔ)閘門自重經(jīng)驗(yàn)公式的不足，采用空間體系法直接建立閘門空間模型，即可直接得到閘門整體結(jié)構(gòu)的面積、體積和質(zhì)量。

采用空間體系法準(zhǔn)確計(jì)算閘門自重的前提是確保閘門空間模型的真實(shí)性。根據(jù)設(shè)計(jì)資料（如閘門類型、孔口尺寸、水頭和運(yùn)行工況等）即可采用空間體系法建立閘門模型，采用Asum命令即可得到閘門整體結(jié)構(gòu)及各部分結(jié)構(gòu)面積、體積及質(zhì)量［30］。采用參數(shù)化程序語(yǔ)言建立弧形閘門幾何模型和有限元模型，閘門各部件的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1（各部件的密度均為7 850 kg／m3）。

表1 空間體系法統(tǒng)計(jì)弧門質(zhì)量

由表1可知，采用空間體系法直接得出閘門總質(zhì)量為389.20 t，實(shí)際建成后閘門總質(zhì)量為398.40 t，誤差僅為2.3%，可知采用空間體系法可快速準(zhǔn)確給出閘門結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

3.2 閘門重心的確定

閘門重心在弧形閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有重要作用，是影響啟門力的重要因素?；⌒伍l門結(jié)構(gòu)復(fù)雜，準(zhǔn)確確定其重心位置較為困難。我國(guó)閘門設(shè)計(jì)規(guī)范［7－8］及設(shè)計(jì)手冊(cè)［25］均只簡(jiǎn)單給出了弧形閘門啟門力計(jì)算的表達(dá)式，其中重力矩采用自重與力臂之積表示，并沒(méi)有給出弧形閘門重心的計(jì)算公式。一直以來(lái)，弧形閘門重心計(jì)算通常采用經(jīng)驗(yàn)公式，即近似認(rèn)為重心位于弧形閘門全關(guān)時(shí)總水壓力作用線上距支鉸中心0.80倍或0.85倍半徑處，該取值范圍綜合考慮了弧形閘門實(shí)際外荷載和主框架合理剛度比并結(jié)合大量工程經(jīng)驗(yàn)得到，在工程界得到了普遍的應(yīng)用，但該取值未考慮弧形閘門設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)際質(zhì)量分布，亦不能體現(xiàn)弧形閘門設(shè)計(jì)過(guò)程中重心隨結(jié)構(gòu)形式的變化，存在較大誤差。為較好地解決閘門重心確定中存在的問(wèn)題，彌補(bǔ)現(xiàn)有閘門重心經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式的不足，采用空間體系法直接建立閘門空間模型，即可直接得出閘門整體結(jié)構(gòu)的重心［40］。

以某實(shí)際工程中弧形閘門為例，弧門寬度為2.5 m、高度為2.5 m、半徑為5.0 m，采用空間體系法建立的空間結(jié)構(gòu)模型見(jiàn)圖3，整體坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)在左支鉸處，X軸正方向沿水流方向，Y軸正方向豎直向上，Z軸與XY平面垂直（向右為正）。圖4中：O為閘門支鉸中心；R5000表示弧形閘門半徑為5.0 m；G1為空間體系法確定的閘門重心位置，采用Asum命令直接輸出該弧形閘門結(jié)構(gòu)的重心為Xc1＝－3.341、Yc1＝－1.652、Zc1＝1.250；G2為根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)［25］中經(jīng)驗(yàn)法確定的閘門重心位置，一般位于閘門面板處合力作用線處，距O點(diǎn)為0.8倍半徑處，即Xc2＝－3.445、Yc2＝－2.033、Zc2＝1.250?？芍?，弧形閘門重心實(shí)際上并不完全位于全關(guān)時(shí)總水壓力作用線上，但兩者差別不大。此外，采用空間體系法還可得出任意開(kāi)度下閘門的重心位置，為準(zhǔn)確確定啟門力奠定基礎(chǔ)。

圖3 空間結(jié)構(gòu)模型

圖4 重心位置（mm）

4 啟門力對(duì)閘門結(jié)構(gòu)的影響

啟門力可根據(jù)閘門設(shè)計(jì)規(guī)范［7－8］或試驗(yàn)確定，同時(shí)設(shè)計(jì)規(guī)范在荷載組合中明確規(guī)定要考慮啟門力，但在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中很少考慮啟門力對(duì)閘門結(jié)構(gòu)的影響，僅憑工程經(jīng)驗(yàn)加厚吊耳板來(lái)考慮啟門力的影響。為探究啟門力對(duì)閘門結(jié)構(gòu)的影響，采用空間體系法對(duì)閘門結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。以某水利樞紐工程弧形閘門為例［40］，閘門尺寸為2.5 m×2.5 m，水頭為83.0 m，弧門半徑為5.0 m。采用空間體系法分別對(duì)閘門在設(shè)計(jì)水位下全關(guān)和設(shè)計(jì)水位下瞬開(kāi)（施加啟門力）兩種工況進(jìn)行分析，對(duì)比啟門力對(duì)閘門結(jié)構(gòu)的影響。限于篇幅，僅給出整體結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力和位移在兩種工況下分析結(jié)果，見(jiàn)圖5和圖6，具體對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 閘門結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力和位移分析結(jié)果

圖5 設(shè)計(jì)水位弧門全關(guān)時(shí)的應(yīng)力和位移

圖6 設(shè)計(jì)水位弧門瞬開(kāi)時(shí)的應(yīng)力和位移

由圖5可知，設(shè)計(jì)水位下結(jié)構(gòu)的最大等效應(yīng)力為132.0 MPa，位于主梁與支臂的連接處，整體結(jié)構(gòu)滿足要求（考慮閘門類型和使用年限后允許應(yīng)力為182.23 MPa）；結(jié)構(gòu)的最大位移位于頂梁與第一根次橫梁之間靠近跨中的梁格處，為1.70 mm，整體結(jié)構(gòu)滿足要求（規(guī)范位移允許值為3.33 mm）。

由圖6可知，設(shè)計(jì)水位瞬開(kāi)工況下結(jié)構(gòu)的最大等效應(yīng)力為144.0 MPa，位于吊耳處，整體結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求；結(jié)構(gòu)的最大位移位于頂梁與第一根次橫梁之間靠近跨中的梁格處，為1.84 mm，整體結(jié)構(gòu)滿足剛度要求。

由表2可知：①弧形閘門在設(shè)計(jì)水位下瞬間開(kāi)啟時(shí)，閘門結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力和位移均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范［7－8］的要求。②設(shè)計(jì)水位瞬間開(kāi)啟工況與設(shè)計(jì)水位全關(guān)工況相比弧形閘門結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力和位移都有所增加，其中結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力增加9.09%，位移增加8.24%；面板結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力變化不大，位移增加8.24%；次橫梁結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力增加13.73%，位移增加9.60%；主橫梁結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力增加7.58%，位移增加4.59%；頂梁和吊耳板結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力增加160.87%，位移增加18.24%；支臂結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力增加4.72%，位移幾乎不變。③頂梁結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力增幅最大，其次是靠近頂梁結(jié)構(gòu)的次橫梁結(jié)構(gòu)和上主橫梁結(jié)構(gòu)?；⌒伍l門全關(guān)工況和瞬開(kāi)工況結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力和位移發(fā)生變化的最根本原因是啟門力的直接作用對(duì)頂梁結(jié)構(gòu)、次橫梁和上主梁結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力和位移產(chǎn)生影響，并且對(duì)頂梁和上主橫梁的影響尤其明顯。

5 配重對(duì)閘門結(jié)構(gòu)的影響

在上游側(cè)的閘門設(shè)計(jì)中，采用式（1）計(jì)算閉門力時(shí)，如果FW值為正，表示閘門不能靠自重閉門，需要采用加重塊、水柱或者機(jī)械下壓力才能正常閉門；反之，則閘門可依靠自重閉門。

式中：FW為閘門閉門力；nT為摩擦阻力安全系數(shù)；Tzd為支承摩阻力；Tzs為止水摩阻力；nG為計(jì)算閉門力用的閘門自重修正系數(shù)；G為閘門自重；Pt為上托力。

因使用配重塊比較經(jīng)濟(jì)和方便，故實(shí)際工程中應(yīng)用較為普遍。采用平面體系法［7－8］無(wú)法考慮配重塊對(duì)閘門整體結(jié)構(gòu)尤其是主橫梁腹板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的影響。因弧形鋼閘門多采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)進(jìn)行啟閉，不需要采用額外配重來(lái)輔助閉門，故以常用平面閘門為例進(jìn)行分析。該閘門孔口寬度4.0 m，高度9.0 m，設(shè)計(jì)水頭90.43 m；共布置6根主橫梁、11根次橫梁、1根頂梁、1根底梁、2根邊梁；根據(jù)主梁的跨度，布置3根縱向隔板，縱向隔板兼作垂直次梁，與主橫梁等高，其下翼緣與各主橫梁下翼緣內(nèi)部平齊連接；梁格采用同層等高布置，水平次梁穿過(guò)縱向隔板，并支承在縱向隔板上，水平次梁為連續(xù)梁，中間水平次梁采用等間距布置，該閘門動(dòng)水閉門時(shí)需要采用配重塊配重1 100 kN，平均擺放在6個(gè)主梁梁格內(nèi)。采用有限元軟件建立閘門幾何模型和有限元模型（見(jiàn)圖 7），其中網(wǎng)格劃分均采用映射網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)數(shù)33 419個(gè)、單元數(shù)33 992個(gè)。綜合分析配重塊對(duì)閘門面板結(jié)構(gòu)、主橫梁結(jié)構(gòu)、縱梁和邊梁等結(jié)構(gòu)的影響，見(jiàn)圖8～圖13。

圖7 平面閘門有限元模型

圖8 平面閘門等效應(yīng)力（Pa）圖9 平面閘門位移（m）

圖10 主橫梁結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力（Pa）

圖11 主橫梁結(jié)構(gòu)位移（m）

圖12 縱梁和邊梁等效應(yīng)力（Pa）

圖13 縱梁和邊梁結(jié)構(gòu)位移（m）

由圖8和圖9可知，當(dāng)閘門完成閉門、考慮配重塊時(shí)，面板結(jié)構(gòu)的最大等效應(yīng)力由97.8 MPa增大為118.0 MPa，增大了20.65%；配重塊對(duì)面板結(jié)構(gòu)的位移影響不大。

由圖10和圖11可知，當(dāng)閘門完全關(guān)閉時(shí)，主橫梁結(jié)構(gòu)的最大等效應(yīng)力由47.5 MPa增大為114.0 MPa，增大了140.0%；位移由0.659 mm增大到4.26 mm，增大了546.59%?？芍渲貕K對(duì)閘門直接作用的主梁結(jié)構(gòu)的影響較大，不能忽視配重塊對(duì)主橫梁結(jié)構(gòu)尤其是腹板結(jié)構(gòu)的影響。

由圖12和圖13可知，當(dāng)閘門完全關(guān)閉時(shí)，縱梁和邊梁結(jié)構(gòu)的最大等效應(yīng)力由11.2 MPa增大為12.1 MPa，增大了8.04%；位移由0.665 mm減小到0.594 mm，變化不大?？芍?，配重塊對(duì)縱梁和邊梁結(jié)構(gòu)的影響不大，原因是閘門發(fā)揮了空間效應(yīng)。

綜上，配重塊對(duì)平面閘門主橫梁結(jié)構(gòu)影響較大，對(duì)面板結(jié)構(gòu)、縱梁、邊梁結(jié)構(gòu)的影響較小。

6 結(jié) 論

采用空間體系法對(duì)閘門安全評(píng)價(jià)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)分析并給出具體可行且普適可重復(fù)的分析過(guò)程。得到以下結(jié)論：

（1）空間體系法可作為長(zhǎng)服役期及改變運(yùn)行方式閘門結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)的一種切實(shí)有效的方法。

（2）空間體系法可快速準(zhǔn)確地確定閘門結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和任意開(kāi)度下閘門重心位置。

（3）啟門力對(duì)閘門整體結(jié)構(gòu)有很大影響，尤其對(duì)頂梁結(jié)構(gòu)和上主橫梁結(jié)構(gòu)。

（4）閘門設(shè)計(jì)時(shí)要考慮閘門瞬開(kāi)工況結(jié)構(gòu)的安全性。

（5）空間體系法可全面準(zhǔn)確分析配重塊對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。配重塊對(duì)平面閘門主橫梁結(jié)構(gòu)影響較大，不可忽略；對(duì)面板、縱梁和邊梁等結(jié)構(gòu)的影響較小，可忽略。