弧形闸门安全复核

临沂岸堤水库闸门报废校核

弧形闸门结构分析：

数据: 1.孔口尺寸:10*12.5m

2.孔 数:

5孔

3.设计水头: 9m 4.支铰高度: 8.5m

5.面板外径R: 12.5m

一.总水压力及有关计算:

公式: Ps=0.5rHs2B 参数

1.水平水压力:

Ps= 2.竖直水压力: Vs= 2205.87KN 3.总水压力:

R(m) 12.50 B(m) 10.00

Vs=0.5rR2[πφ/180-2sinφ1cosφ2-0.5(sin2φ2-sin2φ1)]B

式中: Ps---水平水压力,KN;

Vs---竖直水压力,KN; B---闸门净宽,10.4m;

r---水的容重,10KN/m3;

Hs(m) 9.00

υ 46.50

υ1 3.70 r(KN/m3) 42.80 10.00 υ2 4050.00KN

P=(Ps2+Vs2)0.5=4611.76KN 4.总水压力与水平线夹角: α= 28.59度

5.上、下两主横梁所受的总水压力P1、P2下及它们的均布荷载强度q1、q2 分别为(采用做图法计算)：

P1、P2 、q1、q2计算简图如上

P1=

Psin?sin(?2??)=2107.1 Psin?KN

P2= q1=q2=

P1BP2Bsin(???1)=2603.04KN

=210.7KN/m =260.3KN/m

二、面板厚度计算:

闸门面板厚10mm，闸门半径R=12.5m 公式: δ=a(kyq/α/[σ])0.5 式中: δ---面板厚度,mm;

a、b---面板计算区格的短边和长边长度,mm; α---弹性调整系数,1.5;

q---面板计算区格中心的水压力强度,N/mm2;

[σ]---钢材的抗弯容允应力,160N/mm2;因现在为校核，取折减系数k=0.9 ky---弹塑性薄板支承长边中点弯应力系数;

闸门面板示意图和计算结果表如下：

闸门面板断面示意图如下：

经计算可得面板所需厚度计算成果见下表:

a(mm) 395 1530 395 1400 395 1050 395 910 395 830 395 770 395 730 395 690 395 660 395 640 300 300 q(KN/mb(mm) 2) 2156 2156 1400 1530 1050 1530 910 1530 830 1530 770 1530 730 1530 690 1530 660 1530 640 1530 395 1530 10.7 10.7 28.1 28.1 40.1 40.1 49.7 49.7 58.2 58.2 66.1 66.1 73.4 73.4 80.4 80.4 87.0 87.0 93.4 93.4 98.0 98.0 α 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 b/a 5.5 1.4 3.5 1.1 2.7 1.5 2.3 1.7 2.1 1.8 1.9 2.0 1.8 2.1 1.7 2.2 1.7 2.3 1.6 2.4 1.3 5.1 ky 0.5 0.436 0.5 0.349 0.5 0.454 0.498 0.479 0.497 0.487 0.493 0.497 0.487 0.497 0.479 0.498 0.479 0.498 0.468 0.5 0.412 0.5 k[σ] δ(mm(N/m) m2) 144 1.96 144 7.11 144 3.19 144 9.43 144 3.81 144 9.64 144 4.23 144 9.55 144 4.57 144 9.51 144 4.85 144 9.50 144 5.08 144 9.49 144 5.27 144 9.39 144 5.49 144 9.35 144 5.62 144 9.41 144 4.10 144 4.52 区各代号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

计算结论：面板实际厚度为10mm，根据强度设计所需厚度为

上面计算所示，但由于长期的使用，面板强度降低，而且有了严重的锈蚀，经测定锈蚀厚度为2mm，故实际厚度变为8mm，由以上结果可知，已有部分面板厚度小于所需厚度，所以面板的强度和刚度已经不符合设计要求。

三.下主横梁与支臂复核计算:

主梁与支臂组成双悬臂支承的梯形框架 与支臂。

由于下主横梁与支臂所受荷载比上主横梁与支臂所受荷载大,所只复核下主横梁主梁为横桁架形式，上下横主梁的断面形式相同。上、下弦杆采用四个角钢焊接而成，中间有焊板，其断面形式见计算简图。腹杆分别采用不同的角钢焊接。 主梁断面示意图：

1.主横梁断面特性: 上、下主横梁断面一样 4∠100*100*8 回转半b d 截面积 惯性矩径 截面积 惯性矩24(mm) (mm) F(mm) Ix(mm) rx(mm) (mm2) Ix0(mm4) 4772.8 3.00E+06 12 176 9.00E+03 1.39E+07 39.31 角钢的特性查表可知：由于腐蚀2mm，角钢厚度变为6mm。其截面积及换算到型心的惯性矩见上表所示。 上弦杆的惯性矩：Ix?3.0?106? ?3.0?106?112112bh3

3?12?176

?1.39?107mm4

截面积：A?4772.8?12?176?2?9?103mm2 下弦杆与上弦杆的性质相同 简化计算：主梁的惯性矩

Ix?(1.3?9?1.7?91071?049?98?29?10)3

210mm截面积;A=9000?2=18000mm2 回转半径rx=

IxA?1.79?101017993.6?998.8mm

2.支臂断面特性: 图：

支臂为直支臂，支臂长11.08m，支臂采用焊接工字钢，其断面尺寸见计算简

2加强板 翼缘板翼缘板腹板厚 腹板高 宽 厚 厚 高 (mm) (mm) (mm) (mm) （mm） （mm） 260 16 16 280 16 2.16E+02 截面积 惯性矩F(mm2) Ix(mm4) 4160 截面积 惯性矩F(mm2) Ix(mm4) 截面积 惯性矩F(mm2) Ix(mm4) 6912 1.34E+07 8.87E+02.93E+04480 4 7 其中截面面积与惯性矩的计算方法同主梁

截面总的性质： 截面积 惯性矩回转半F(mm2) Ix(mm4) 2.39E+08 径 rx(mm) 110.01 19712

3.主横梁与支臂的单位刚度比K0计算: 公式: K0=(Il0h)/(Ihl0) 式中: Il0、l0---主横梁的截面惯性矩及计算跨度； Ih、h---支臂的截面惯性矩及长度； 惯性矩惯性矩Il0(mm4) Ih(mm4) h(m) l0(m)

1.79E+12.39E+09.18 10.08 0 8 主横梁与支臂的单位刚度比K0=68.52

4.下主横梁与支臂的复核计算: (1)内力计算: 公式: V=0.5qL H′=-3qc2/[(2h(2k0+3)]+qca/h+qb[b+2a(2k0+3)/[4h(2k0+3)] Nh=Vh/h′+H′a/h Qh=qLa/(2h′) QD=0.5qb Mc=-0.5qc2 Mh=-H′h+Va Mlo=qb2/8+Mc+Mh 参数 a(m) 0.00 b(m) 10.00 c(m) 0.00 L(m) 10.00 h′(m) h(m)

q(KN/m) 260.311.08 11.08 0 K0 68.52 支承铰处的垂直反力: V= 1301.50 KN 支承铰处的侧推力: H′=4.19KN 斜支臂的轴向力: Nh=1301.50 KN 斜支臂的剪力: Qh= -4.19KN 主横梁内侧支点内侧截面剪力: QD=1301.50 弯矩: Mc=0.00KN·m Mh=-46.47KN·m Ml0=3207.28KN·m M= -46.47KN·m (2)下主横梁应力复核: 公式: σ=My/I τ=VS/Itw 式中:

KN

Mmax V y I (KN·m) (KN) (mm) (mm4) 1.79E+10 梁的截面在计算剪应力处以上部分对于中和轴的面积距S: 1.56E+06 mm3 最大正应力: σmax=Mmaxy/I=178.68 N/mm2 >144N/mm2 不符合规范要求

最大剪应力: τ=VS/Itw= 9.43 N/mm2 <95N/mm2 符合规范要求 (3)下主横梁挠度验算: 公式: fb=5MLb2/(48EI) 3207.28 1301.50 1000.00 ML I E b (KN·m) (mm4) (N/mm2) (mm) 1.79E+12.10E+010000.00 5 0 跨中挠度: fb= 8.86mm △b=fb/b=1/1128<1/600 满足规范要求 (4)下支臂稳定性计算: 支臂的计算长度： h0=μh=1.35*11.08=14.96m 长细比: λx=h0/rx=14.96/0.11=136>120 不满足规范要求 (5)下支臂应力复核: 公式: σmax=N/F+My/Ix σmin=N/F-My/Ix 3207.28 Mmax N y 截面积 I (KN·m) (KN) (mm) F(mm2) (mm4) 46.47 1301.50 156.00 19712 2.39E+08 σmax= 96.41N/mm2<144N/mm2 σmin= 35.64N/mm2<144N/mm2 满足规范要求

计算结论：1、根据0.9的折减系数计算后，强度满足规范要求，但考虑到闸门使用时间较长，并且有了严重的锈蚀，根据实地勘察锈蚀厚度为2mm，减去锈蚀厚度后再对主横梁进行应力复核，得到上述结论：强度不满足要求。2下主横梁的挠度经过验算后符合设计要求，因此仍刚度满足规范要求。3、下肢臂的强度经过折减系数和锈蚀条件计算后强度仍满足要求。4、下肢臂稳定系经过验算后不满足规范要求。 四、闸门报废条件复核

以上是通过计算得到的钢闸门面板、主梁、支臂各个方面的强度、刚度、稳定性复核，并且通过实地勘测得到以下结论：

1、经过计算复核，闸门的面板厚度、主横梁的强度、下肢臂的稳定性已经不符合设计要求，根据《水利水电工程金属结构报废标准》SL226-98规定，当闸门因为强度、刚度、稳定性条件需要更换超过闸门构件的30%时整个闸门需要报废，

而面板、主梁、下肢臂均为闸门重要构件，已经超过30%，符合闸门报废强度、刚度条件。

2、根据实地勘察，闸门的锈蚀比较严重，面板、主梁、肢臂的锈蚀厚度均达到2mm左右，根据《水利水电工程金属结构报废标准》SL226-98规定闸门主要构件出现锈蚀后，并且因锈蚀需要跟换构件超过30%时要进行报废，符合闸门报废腐蚀条件。

3、根据SL72-49，《水利建设项目经济评价规范》附录A——水利工程固定资产分类折旧年限的规定，临沂岸堤水库为中小型水库，其折旧年限为20年，而工程已建成50多年，已超过折旧年限。

4、只有个别闸门部件委曲通过复核计算，虽能委曲应用，但就设备是的整体而言，也已处在不安全是的边沿。随着时间是推移和锈蚀是的进一步加重，构件的强度一定会很快降落。另外在复核中还发现，一些无锈蚀或锈蚀水平较轻是的构件，其核算是的应力也涌现了超标现象阐明这些闸门在结构设计时其计算应力就取的较大。其原因可能是由于建设时代中国是的经济条件较差，设计中留是的裕度较小或基本就没有裕度(当时是的设计规范规定是的安全裕度也较小)。

5、早期建成是的工程，受当时是的技术条件和制作条件限制，所选用是的启闭设备型号老化，零部件是的磨损较严重，运行中噪音和振动较大；一些电气设备和维护体系落伍，性能差，安全性低。由于设备陈腐、老化，大部分零部件和元器件早已被淘汰，这些部件市场上已采购不到甚至无法制作，技术改造存在较多艰苦。及早对该部分设备进行安全评价及处置，是避免安全事故，确保安全运行是的有效道路。

综上所述，无论是通过计算还是实地勘察，临沂岸堤水库钢闸门由于运行时间较长，建设时间久远，各部件的安全性已大大降低，并且设备陈腐、老化，考虑到大坝安全性，应对闸门进行报废重建。

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