摘 要:基于特征屈曲分析方法理論,考慮弦桿結(jié)構(gòu)材料利用率,采用數(shù)值模擬方法對無弦桿、單弦桿、雙弦桿支臂穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算,分析弦桿位置、數(shù)量和截面特性對鋼閘門支臂穩(wěn)定性的影響,提出弦桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化布置方案,在此基礎(chǔ)上對鋼閘門支臂整體穩(wěn)定性進(jìn)行有限元分析。結(jié)果表明:對于單弦桿支臂,弦桿與支鉸的距離/ 支臂總長度( l / m) ?。埃叮啊埃罚?時(shí),支臂單位質(zhì)量承載力最大;遠(yuǎn)離支鉸端布置雙弦桿可提高支臂單位質(zhì)量承載力,但是弦桿間距不宜過大。從支臂弦桿結(jié)構(gòu)尺寸分析,弦桿寬高比取值為1.4時(shí),支臂整體穩(wěn)定性較好;支臂翼緣/ 腹板厚度(t3 / t4)的取值對其單位質(zhì)量承載力基本無影響,布置時(shí)主要考慮使支臂滿足局部穩(wěn)定性即可。增加弦桿后可提升鋼閘門剛度、改善應(yīng)力狀態(tài),主要使支臂的最大等效應(yīng)力發(fā)生變化,即單弦桿支臂比無弦桿支臂減?。福矗矗?,雙弦桿支臂比無弦桿支臂減小12.99%。
關(guān)鍵詞:弧形鋼閘門;支臂弦桿;有限元分析;單位質(zhì)量承載力;優(yōu)化布置
中圖分類號:TV663+ .2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A doi:10.3969/ j.issn.1000-1379.2025.04.023
引用格式:王晨,劉亞坤,張帝,等.弧形鋼閘門支臂弦桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化布置研究[J].人民黃河,2025,47(4):145-151.
0 引言
水工鋼閘門結(jié)構(gòu)安全關(guān)系整個(gè)水利樞紐的平穩(wěn)運(yùn)行和下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全?;⌒武撻l門具有結(jié)構(gòu)輕盈、泄流流態(tài)好、啟閉方便等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用[1] 。從受力特性來看,弧形鋼閘門通過支臂結(jié)構(gòu)將面板承受的水荷載傳遞至閘墩,支臂作為重要的受力結(jié)構(gòu),其安全尤為重要。分析多個(gè)事故案例[2-4] 發(fā)現(xiàn),鋼閘門多因支臂屈曲失穩(wěn)而發(fā)生破壞,為提升結(jié)構(gòu)承載力和剛度,多在支臂間布置連接系。目前學(xué)者們針對支臂屈曲失穩(wěn)以及提高支臂承載力進(jìn)行了大量研究。例如:王正中團(tuán)隊(duì)[5-8] 提出了鋼閘門樹狀支臂結(jié)構(gòu)及仿生支臂,對傳統(tǒng)支臂結(jié)構(gòu)與新型支臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比,豐富了弧形鋼閘門設(shè)計(jì)理論;鄭圣義等[9] 建立6 種桁架式支臂鋼閘門,探究了縱向連接系對支臂穩(wěn)定性的影響,進(jìn)行了強(qiáng)度、剛度和模態(tài)校核,豐富了鋼閘門支臂連接系優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;蘭佳欣[10] 對比了布置壓桿對弧形鋼閘門靜動力特性的影響,發(fā)現(xiàn)布置壓桿可在一定程度上提升鋼閘門穩(wěn)定性;張學(xué)東等[11] 提出了考慮綜合初始缺陷的支臂等效模型,該模型可有效替代復(fù)雜的非線性穩(wěn)定模型。上述研究為弧形鋼閘門支臂優(yōu)化提供了大量技術(shù)支撐和理論指導(dǎo)。連接系的布置可提升支臂承載力,提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,但過多布置會在一定程度上忽視材料利用率,增加建設(shè)成本。因此,合理確定支臂弦桿的布置點(diǎn),使結(jié)構(gòu)在滿足穩(wěn)定性要求的同時(shí),用最少的材料提供最高的承載力,實(shí)現(xiàn)鋼閘門支臂的輕型化設(shè)計(jì),具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
綜上,筆者從采用平面體系法得到的無弦桿支臂出發(fā),探究布置弦桿對支臂穩(wěn)定性的影響,考慮支臂承受的不等荷載和工程材料利用率等,確定單弦桿和雙弦桿布置位置,同時(shí)探究弦桿截面特性對支臂承載力的影響,以期為鋼閘門支臂弦桿優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定參考。
1 特征屈曲分析方法理論
屈曲分析主要用于研究特定載荷的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界荷載,包括特征屈曲分析和非線性屈曲分析。其中特征屈曲分析的特點(diǎn)是不考慮初始幾何缺陷、幾何與材料雙重非線性的影響,得到一種理論解,可以預(yù)測屈曲荷載上限。雖然特征屈曲分析結(jié)果為非保守結(jié)果,不適用于實(shí)際工程,但是可為分析閘門結(jié)構(gòu)影響因素提供參考。特征屈曲分析以小位移、小應(yīng)變的線彈性理論為基礎(chǔ),根據(jù)勢能駐值原理得到結(jié)構(gòu)平衡方程[12] :
(KE +KG)U =P (1)
式中:KE為彈性剛度矩陣,KG為幾何剛度矩陣,U 為節(jié)點(diǎn)位移向量,P 為節(jié)點(diǎn)荷載向量。
當(dāng)結(jié)構(gòu)處于隨遇平衡狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)勢能的一階變分為零,結(jié)構(gòu)平衡方程為
(KE +KG)δU =0 (2)
式中:δ 為假設(shè)變形量。
假設(shè)屈曲荷載向量為ξ P,得到特征方程為
( |KE| + ξi |KG| )Φi = 0 (3)
式中:ξi為第i 階特征值,Φi為與ξi對應(yīng)的屈曲模態(tài)。
2 支臂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析
2.1 有限元模型建立
以水利工程A 泄洪閘露頂式弧形鋼閘門為原型,進(jìn)行支臂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究。該鋼閘門曲率半徑為18 m,寬13 m,高14 m,采用雙主橫梁直支臂形式布置,支臂采用箱型截面梁。門葉部分以實(shí)腹式齊平連接,包括2 根主梁(箱形截面)、1 根頂梁、1 根底梁、19 根水平次梁(“工”字形截面)、5 根縱隔板和2 根邊梁。鋼閘門結(jié)構(gòu)布置見圖1。支臂結(jié)構(gòu)為A 形,各構(gòu)件焊接相連,其中支臂上下主梁采用實(shí)腹式箱形截面,弦桿采用“工”字形梁截面。為了探究弦桿對支臂穩(wěn)定性的影響,選用鋼閘門支臂部分進(jìn)行特征屈曲分析,獲取臨界荷載。
建立弧形鋼閘門中獨(dú)立的支臂結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析[13-14] ,根據(jù)支臂結(jié)構(gòu)受力特性,選擇Beam188 梁單元進(jìn)行模擬[11] ,網(wǎng)格經(jīng)過加密試算后已滿足精度要求。在支鉸板處釋放繞鉸軸轉(zhuǎn)動的自由度,模擬鋼閘門繞鉸軸轉(zhuǎn)動趨勢,在支臂自由端施加軸力,以等效主梁內(nèi)力。假定有軸向力和支臂自由端,模型僅考慮軸向力、忽略彎矩,暫不考慮主梁對支臂端部的約束。
支臂設(shè)計(jì)一般采用上下支臂等荷載方式,但弧形鋼閘門大多在低水頭條件下工作,下支臂受力通常比上支臂大,當(dāng)鋼閘門泄水時(shí),動力作用也會導(dǎo)致上下支臂受力不等??紤]到這種受力特性,對下支臂施加N荷載,對上支臂施加αN 荷載,荷載系數(shù)α 取值范圍為0~1.0,以探究弦桿位置對支臂承載力的影響。支臂布置形式優(yōu)化目標(biāo)是滿足結(jié)構(gòu)受力且材料用量最少情況下,支臂有最大的承載力。利用單位質(zhì)量承載力Fα / M(其中Fα為極限承載力,M 為總質(zhì)量)衡量結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和材料利用率[15] 。
無弦桿、單弦桿、雙弦桿支臂結(jié)構(gòu)受力情況見圖2(其中l 為單弦桿與支鉸的距離,m 為支臂總長度,θ為上下支臂軸線夾角)。
2.2 弦桿位置對支臂穩(wěn)定性的影響
支臂是連接門葉與支鉸的重要受力構(gòu)件,其將門葉承受的水壓力傳遞給支鉸。設(shè)計(jì)支臂與主梁構(gòu)成主框架共同承受水壓力,即無弦桿支臂結(jié)構(gòu),使其滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求。以平面體系法理論衡量無弦桿支臂結(jié)構(gòu)是安全的,但在實(shí)際工程中考慮閘門的空間效應(yīng),通常在支臂間布置弦桿和腹桿形成三腳架結(jié)構(gòu),這種布置方式依據(jù)的是設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn),規(guī)范未明確?;谔卣髑治龇椒ɡ碚摚锰卣髦捣ㄓ?jì)算弦桿截面特性保持不變時(shí),其在不同位置的屈曲荷載。
對于單弦桿支臂,為了消除絕對長度的影響,以弦桿與支鉸的距離/ 支臂總長度(l / m)為參考,繪制不同荷載系數(shù)下l / m 與Fα / M 的關(guān)系曲線,見圖4。分析可知,Fα / M 隨l / m 先增大后減小,不同荷載系數(shù)下Fα / M峰值對應(yīng)的l / m 值范圍為0.60 ~0.75,其中荷載系數(shù)為0、l / m 為0.60 時(shí),Fα / M 最大。因此,布置單弦桿時(shí)需要考慮鋼閘門門前擋水位,選擇合適的荷載系數(shù),l / m取0.60~0.75 時(shí)支臂整體穩(wěn)定性較好。
對于雙弦桿支臂,設(shè)置4 種方案探究弦桿位置對支臂單位質(zhì)量承載力的影響。考慮受力均勻性,l1、l2、l3值不能相差太大。4 種方案的支臂單位質(zhì)量承載力見表1。同一荷載系數(shù)時(shí),方案2(遠(yuǎn)離支鉸端布置雙弦桿)對應(yīng)的支臂單位質(zhì)量承載力最大。
2.3 弦桿數(shù)量對支臂穩(wěn)定性的影響
在弦桿位置優(yōu)化的基礎(chǔ)上探究弦桿數(shù)量對支臂穩(wěn)定性的影響,支臂單弦桿位置?。?/ m = 0.70,支臂雙弦桿位置選取方案2。當(dāng)弦桿位置和截面特性不變時(shí),α與Fα / M 的關(guān)系曲線見圖4。分析可知,隨著α 增大,Fα / M 逐漸減小,說明相對下支臂來說,隨著上支臂承受荷載增大,屈曲荷載減小。上下支臂承受荷載相等時(shí),結(jié)構(gòu)最容易失穩(wěn)。對比無弦桿支臂與單弦桿支臂工況,等荷載布置(α = 1.0)時(shí),單弦桿支臂的Fα / M比無弦桿支臂的提高7.32%;不等荷載布置(α = 0)時(shí),單弦桿支臂的Fα / M 比無弦桿支臂的提高43.58%,說明增加單根弦桿可以提高支臂的Fα / M。對比單弦桿支臂和雙弦桿支臂工況,α 為0.4~1.0 時(shí)兩條關(guān)系曲線趨于一致,說明增加弦桿數(shù)量,雖然使支臂總承載力增大,但是單位質(zhì)量材料承受的屈曲荷載不再增大,即材料的利用率無法充分提高。因此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意支臂承載力與材料用量之間的關(guān)系。
2.4 弦桿參數(shù)對支臂穩(wěn)定性的影響
弦桿參數(shù)包括寬高比(a / h)、翼緣/ 腹板厚度(t3 /t4)。單弦桿a / h、t3 / t4 與Fα / M 的關(guān)系曲線分別見圖5、圖6(雙弦桿結(jié)果與單弦桿的基本相似,此處不再展示雙弦桿結(jié)果)。分析圖5 可知,保證弦桿位置和上下支臂軸線夾角不變時(shí),Fα / M 隨a / h 先增大后減小,較少的弦桿數(shù)量限制了Fα / M 的增大。各荷載系數(shù)下Fα / M 峰值對應(yīng)的a / h 值范圍為0.90~1.40,其中α 為0、a / h 為0.93 時(shí),支臂的Fα / M 最大。此外,a / h 達(dá)到1.4 后,α 為0~1.0 各種工況下,支臂Fα / M 降低幅值均較小,說明隨著鋼閘門門前水頭增高,支臂Fα / M 變化相對較小,因此弦桿寬高比取值為1.4 最合理,可使支臂整體保持較高的穩(wěn)定性。分析圖6 可知,t3 / t4 對Fα / M 幾乎不產(chǎn)生影響,因此無需確定t3 / t4 最佳值,對于該值的設(shè)置,使支臂滿足局部穩(wěn)定性即可。
2.5 弦桿布置對支臂穩(wěn)定性影響的規(guī)律分析
繪制各弦桿類型支臂的屈曲模態(tài)云圖,各荷載系數(shù)下3 種弦桿布置形式的支臂失穩(wěn)規(guī)律趨于一致,因此限于篇幅,僅展示荷載系數(shù)為0.2、0.8 時(shí)的屈曲模態(tài)云圖,見圖7。3 種弦桿布置形式均發(fā)生支臂面內(nèi)失穩(wěn)、框架面外失穩(wěn)現(xiàn)象。荷載系數(shù)相等時(shí),單弦桿支臂的屈曲系數(shù)比無弦桿的顯著增大,且荷載系數(shù)越小增大效果越明顯,即上下支臂荷載相差較大時(shí)效果更為顯著。雙弦桿支臂的屈曲系數(shù)相較于單弦桿的有小幅度增大。綜上,相較于無弦桿支臂,布置弦桿有效增大了支臂屈曲系數(shù)、提升了結(jié)構(gòu)剛度。
3 各弦桿布置方案的弧形鋼閘門整體對比分析
3.1 弧形鋼閘門有限元模型
為進(jìn)一步驗(yàn)證上述支臂弦桿優(yōu)化方法的應(yīng)用效果,選取水利工程B 為研究對象。該鋼閘門設(shè)計(jì)水頭為18.974 m,閘門寬度為12 m,支鉸高度為8.974 m,閘門材料為Q345 鋼。
為兼顧計(jì)算效率與計(jì)算精度,對原型進(jìn)行適當(dāng)簡化和假設(shè):1)弧形鋼閘門為空間薄壁結(jié)構(gòu),采用考慮剪切效應(yīng)的Shell181 殼單元模擬門體結(jié)構(gòu),采用四邊形映射網(wǎng)格將鋼閘門結(jié)構(gòu)劃分成多個(gè)四邊形薄板單元,單元之間通過剛節(jié)點(diǎn)連接;2)實(shí)際主梁與支臂之間通過螺栓連接,在有限元模型中將主梁與支臂之間的單元通過節(jié)點(diǎn)耦合方式相互連接;3)假定鋼閘門門體焊接成整體結(jié)構(gòu),這樣方便有限元劃分實(shí)體,門葉各構(gòu)件按剛接形式連接[16-17] 。
將上述3 種弦桿類型支臂應(yīng)用于水利工程B 弧形鋼閘門模型中,其中單弦桿支臂鋼閘門弦桿位置?。?/ m =0.70,雙弦桿支臂弦桿位置選取方案2,建立3 種弦桿類型支臂弧形鋼閘門整體模型,見圖8。數(shù)值模擬全過程保持鋼閘門其他結(jié)構(gòu)、荷載類型及約束條件不變。
采用Hypermesh 進(jìn)行網(wǎng)格劃分,根據(jù)鋼閘門構(gòu)件位置、形狀和尺寸,設(shè)置適宜的單元尺寸以獲得最優(yōu)的有限元模型網(wǎng)格質(zhì)量。無弦桿支臂弧形鋼閘門共離散成304 597 個(gè)單元、906 886 個(gè)節(jié)點(diǎn),單弦桿支臂弧形鋼閘門共離散成300 698 個(gè)單元、895 221 個(gè)節(jié)點(diǎn),雙弦桿支臂弧形鋼閘門共離散成302 775 個(gè)單元、901 372個(gè)節(jié)點(diǎn)。
定義鋼閘門有限元模型x 方向?yàn)轫標(biāo)鞣较?,y方向?yàn)殇撻l門高度方向,z 方向?yàn)殇撻l門寬度方向。計(jì)算工況為鋼閘門全關(guān)擋水工況,根據(jù)鋼閘門在門槽中的位置,弧形面板最下方節(jié)點(diǎn)受到底檻垂直向上約束,即豎向位移被約束(uy = 0);面板兩側(cè)邊承受門封止水的橫向約束,即橫向位移被約束(uz = 0);支鉸節(jié)點(diǎn)僅繞z 軸轉(zhuǎn)動,即自由度只有Rotz ,其他自由度均被約束;鋼閘門的對稱面施加對稱約束,其他節(jié)點(diǎn)均為自由節(jié)點(diǎn);荷載包括設(shè)計(jì)水位下靜水壓力和鋼閘門重力,其中靜水壓力垂直作用在面板上,其大小與作用點(diǎn)所在的水下深度成線性關(guān)系。
3.2 有限元分析靜力計(jì)算結(jié)果
對上述有限元模型進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核,鋼閘門位移云圖見圖9??砂l(fā)現(xiàn)閘門位移最大值均出現(xiàn)在門葉中下部,且3 種弦桿類型支臂弧形鋼閘門位移分布基本相同。
統(tǒng)計(jì)弧形鋼閘門主要部位的最大位移,見表2。結(jié)合圖9 位移云圖可知,主梁變形不超過7 mm,3 種弦桿類型支臂弧形鋼閘門均滿足相關(guān)規(guī)范剛度要求,弦桿布置在一定程度上提升了鋼閘門結(jié)構(gòu)剛度,降低了鋼閘門整體及構(gòu)件最大位移。
3 種弦桿類型支臂弧形鋼閘門主要部位的最大等效應(yīng)力見表3。增加弦桿對鋼閘門門葉各構(gòu)件無顯著影響,但是支臂的最大等效應(yīng)力減小。單弦桿支臂比無弦桿支臂減?。福矗矗ィp弦桿支臂比無弦桿支臂減?。保玻梗梗?。經(jīng)過強(qiáng)度校核,各構(gòu)件等效應(yīng)力滿足強(qiáng)度要求。
3.3 平面體系法穩(wěn)定性校核
弧形鋼閘門支臂為細(xì)長偏心受壓構(gòu)件,應(yīng)重點(diǎn)對其穩(wěn)定性進(jìn)行校核。采用平面體系法對支臂和弦桿穩(wěn)定性進(jìn)行校核,平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力校核為
式中:φx為彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定系數(shù),γx為截面塑性發(fā)展系數(shù),NEx 為軸心受壓桿件Euler 臨界力,βmx 為彎矩作用平面內(nèi)等效彎矩系數(shù),N 為支臂軸向壓力,W1x 為支臂截面抗彎模量,Mx 為截面彎矩,A 為支臂截面面積,[σ ]為容許應(yīng)力,E 為彈性模量,λ 為長細(xì)比。
平面外穩(wěn)定應(yīng)力校核為
式中:φy為彎矩作用平面外穩(wěn)定系數(shù),φb為整體穩(wěn)定系數(shù),η 為截面影響系數(shù),βtx 為彎矩作用平面外等效彎矩系數(shù)。
水利工程B 弧形鋼閘門支臂截面面積為58 240 mm2,支臂實(shí)際長度為16.71 m。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及前人研究成果[18-19] ,主框架平面內(nèi)支臂長度系數(shù)取1.4,平面外支臂長度系數(shù)?。保埃?jì)算可得平面內(nèi)支臂長細(xì)比為74.54,平面外支臂長細(xì)比為47.80。彎矩作用平面內(nèi)、外穩(wěn)定系數(shù)分別?。埃罚保?、0.890。箱形截面均勻彎曲受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)?。保?。箱形截面為閉口截面,其截面影響系數(shù)?。埃?,截面塑性發(fā)展系數(shù)取1.05,彎矩作用平面內(nèi)、外等效彎矩系數(shù)均?。保?。
采用有限元的單元節(jié)點(diǎn)力求和法計(jì)算支臂應(yīng)力最大截面(支臂端部截面)的軸力和彎矩,軸力和彎矩產(chǎn)生的壓應(yīng)力為負(fù)值,因此取絕對值計(jì)算。依據(jù)式(4)和式(6)進(jìn)行支臂穩(wěn)定性驗(yàn)算,結(jié)果見表4。
分析表4 可知,3 種弦桿類型下支臂承受的軸力和彎矩(取絕對值)均比上支臂的大,下支臂穩(wěn)定應(yīng)力也均偏大。3 種弦桿類型上支臂穩(wěn)定應(yīng)力差別不大,單、雙弦桿下支臂穩(wěn)定應(yīng)力差別不大。從平面體系法角度分析,布置弦桿一定程度上使支臂重力增加,重力對鋼閘門結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生影響。3 種弦桿類型支臂的穩(wěn)定應(yīng)力均未超過容許應(yīng)力,滿足規(guī)范要求。從失穩(wěn)形式分析,平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力均大于平面外穩(wěn)定應(yīng)力,即3種布置方式均容易產(chǎn)生主框架平面內(nèi)失穩(wěn)。
3.4 有限元分析穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果
鋼閘門模態(tài)云圖形狀和位移分布可以反映屈曲狀態(tài)下可能出現(xiàn)的弱點(diǎn)區(qū)域[20] ,故對3 種弦桿類型支臂鋼閘門進(jìn)行模態(tài)分析,觀察支臂失穩(wěn)的模態(tài)云圖,從定性角度驗(yàn)證平面體系法計(jì)算結(jié)果。采用勢流體法建立有限元模型并計(jì)算鋼閘門模態(tài),有限元模型見圖10。
3 種弦桿類型支臂弧形鋼閘門模態(tài)云圖見圖11。3 種弦桿類型支臂失穩(wěn)形式均為主框架平面內(nèi)失穩(wěn),與平面體系法計(jì)算的平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力較大的結(jié)論一致。布置弦桿在一定程度上增大了鋼閘門自振頻率,使自振頻率遠(yuǎn)離水流脈動主頻區(qū)間,改善易振位置,避免發(fā)生自激振動或主要承載結(jié)構(gòu)的不利振動,進(jìn)而提升整體剛度。
4 結(jié)論
支臂是弧形鋼閘門重要的承力構(gòu)件,其結(jié)構(gòu)合理布置關(guān)系整個(gè)鋼閘門的安全。對弦桿位置進(jìn)行優(yōu)化,以及對無弦桿、單弦桿、雙弦桿支臂進(jìn)行穩(wěn)定性分析和強(qiáng)度、剛度校核,得出結(jié)論如下。
1)對于單弦桿支臂,弦桿與支鉸的距離/ 支臂總長度(l / m)取0.60 ~0.75 時(shí),支臂單位質(zhì)量承載力最大,l / m 值的選取與支臂受力特點(diǎn)有關(guān),荷載系數(shù)大時(shí)l / m 值也大。對于雙弦桿支臂,遠(yuǎn)離支鉸端布置雙弦桿時(shí),支臂單位質(zhì)量承載力最大,但是l1、l2、l3 值不宜相差太大。對于單弦桿和雙弦桿支臂,弦桿寬高比?。保矗?時(shí)較為合理,支臂翼緣/ 腹板厚度對支臂承載力基本無影響,只需使支臂滿足局部穩(wěn)定性即可。
2)布置單弦桿可以使支臂的單位質(zhì)量承載力增大,再增加弦桿數(shù)量時(shí)支臂單位質(zhì)量承載力增大趨勢不顯著,故在設(shè)計(jì)中應(yīng)協(xié)調(diào)支臂承載力與材料用量的關(guān)系。
3)對無弦桿、單弦桿、雙弦桿支臂鋼閘門進(jìn)行有限元分析,布置弦桿時(shí)鋼閘門各構(gòu)件的位移基本不變,門葉各構(gòu)件的最大等效應(yīng)力也不變,但是支臂的最大等效應(yīng)力減小,單弦桿支臂比無弦桿支臂減小8.44%,雙弦桿支臂比無弦桿支臂減小12.99%。對支臂的整體穩(wěn)定性校核表明,支臂在主框架平面內(nèi)失穩(wěn)的可能性較大。布置弦桿會改變應(yīng)力分布,平面體系法忽略了支臂與弦桿之間的空間效應(yīng),在不考慮弦桿影響時(shí)會使下支臂的穩(wěn)定應(yīng)力偏小,故在理論計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮弦桿對支臂穩(wěn)定性的影響。
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【責(zé)任編輯 栗 銘】
基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(52179060)