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某河干流攔河閘擔(dān)負(fù)著城市防洪任務(wù)，也是灌溉用水控制工程。現(xiàn)采用應(yīng)變電測法對鋼閘門進(jìn)行應(yīng)力檢測和啟閉機(jī)啟閉力檢測，綜合分析鋼閘門目前質(zhì)量和安全情況，為類似工程的設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)提供借鑒。

鋼閘門情況介紹

主體攔河閘采用露頂式平面定輪鋼閘門，孔口尺寸為9.6m*6.0m，單扇鋼閘門重為35t，設(shè)計(jì)水頭為5.5m，動水啟閉。每扇鋼閘門配備一臺集中驅(qū)動雙吊點(diǎn)固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，容量為2*400KN。

鋼閘門測試工況確定

以檢測工況符合或接近設(shè)計(jì)工況為原則。由于閘門荷載以水壓力為主，啟閉機(jī)荷載主要為閘門自重加水壓力等。為了獲得*大水壓力，利用汛期高水位（以不影響度汛安全為原則）。利用水位變化規(guī)律來提高上、下游水位差，使檢測工況盡可能接近設(shè)計(jì)工況。現(xiàn)場檢測時，閘門上游水位為35.95M，閘門下游無水，堰頂高程為30.50m，閘門的作用水頭為5.45m，接近設(shè)計(jì)水頭為5.50m。

應(yīng)變片測點(diǎn)布置原則及注意事項(xiàng)

布置原則

1. 測試內(nèi)容為鋼閘門靜應(yīng)力和啟閉機(jī)啟閉力，測點(diǎn)應(yīng)具有代表性，在高應(yīng)力區(qū)域和復(fù)雜應(yīng)力區(qū)域應(yīng)布置足夠數(shù)量的測點(diǎn)；

2. 在滿足檢測目的、委托要求前提下，測點(diǎn)數(shù)量宜少不宜多；

3. 對稱結(jié)構(gòu)可在一側(cè)布置測點(diǎn)，但在對稱側(cè)應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的比照測點(diǎn)，比照測點(diǎn)提供的正式數(shù)據(jù)可為分析時采用。

注意事項(xiàng)

1. 應(yīng)變片應(yīng)粘貼牢固并做好防潮處理；

2. 當(dāng)應(yīng)變片處于水下時，應(yīng)做好防水處理；

3. 信號傳輸線應(yīng)妥善固定，電阻值應(yīng)確保穩(wěn)定。

測點(diǎn)位置選擇和數(shù)量確定

在進(jìn)行應(yīng)力檢測前，首先分析閘門構(gòu)件材質(zhì)，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，荷載條件等。根據(jù)相關(guān)規(guī)程對閘門和啟閉機(jī)主要構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算分析，了解結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況，確定應(yīng)力測點(diǎn)位置和數(shù)量。目的是使檢測斷面選擇正確，傳感器原件布置合理，采集的數(shù)據(jù)更具有代表性。

根據(jù)鋼閘門應(yīng)力分布云圖，確定鋼閘門的應(yīng)力測點(diǎn)。主要受力構(gòu)件上布置21個測點(diǎn)，其中三向測點(diǎn)4個。測點(diǎn)分別布置在面板、主橫梁后翼緣板、縱梁后翼緣板、主橫梁腹板、縱梁腹板和邊梁后翼緣板上。

啟閉力檢測的測點(diǎn)備選兩處位置：一處在啟閉機(jī)的減速箱與小齒輪的傳動軸上；另一處在閘門吊板上。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇將測點(diǎn)布置在閘門頂部的吊板上，共粘貼8個工作應(yīng)變片，合理布設(shè)。

確定測點(diǎn)位置后，對測點(diǎn)進(jìn)行打磨、清洗、定位、貼片、焊線、密封絕緣、引線、聯(lián)機(jī)并調(diào)零，最后采集測試數(shù)據(jù)。檢測前均設(shè)置了溫度補(bǔ)償片，以消除溫度影響因素。應(yīng)變片采用502膠與基體粘結(jié)，采用硅膠進(jìn)行防水。

應(yīng)力檢測結(jié)果及分析

鋼閘門應(yīng)力檢測

鋼閘門應(yīng)力分析采用ANSYS三維有限元法。該工程鋼閘門形式為板、梁組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)其受力特點(diǎn)，考慮計(jì)算精度要求，采用8節(jié)實(shí)體單元建立閘門結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算模型。計(jì)算模型單元總數(shù)為13008個，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為24766個。坐標(biāo)系定義為：主橫梁軸向?yàn)閄軸，縱梁軸向?yàn)閅軸，水流方向?yàn)閆軸。

表1動水啟閉工況下鋼閘門應(yīng)力理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測結(jié)果對比

由表1數(shù)據(jù)可知，鋼閘門面板*大折算應(yīng)力計(jì)算值為46.6MPa，實(shí)測計(jì)算值為48.5MPa，均小于容許折算應(yīng)力為250.8MPa；1#主橫梁*大拉應(yīng)力計(jì)算值為91.8MPa，實(shí)測值為100.9MPa，2#主橫梁*大拉應(yīng)力計(jì)算值為79.2MPa，實(shí)測值為73.7MPa，均小于容許拉應(yīng)力為150.2MPa。以上3個參數(shù)理論計(jì)算值與實(shí)測值之間偏差率為4.1%-9.0%，說明理論值與實(shí)測值很接近，也說明測試方法科學(xué)、合理。

啟閉機(jī)啟閉力檢測

表2鋼閘門動水啟閉過程啟閉力實(shí)測結(jié)果換算值

由表2可知，在動水工況啟閉閘門過程中，開啟瞬間啟門達(dá)到*大值276KN；當(dāng)閘門開啟高度3m時，*大持住力為210KN；*全開啟時，*大持住力為203KN。閉門階段啟閉力下降明顯，*大拉力為173KN。整個啟閉過程、啟閉力、持住力和關(guān)閉過程*大拉力均小于啟閉機(jī)的額定容量800KN。

總結(jié)

1. 以上測試結(jié)果表明，應(yīng)變電測法可用于鋼閘門現(xiàn)場應(yīng)力檢測，此方法工藝簡單，結(jié)果準(zhǔn)確。

2. 為保證測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，要先對被測試構(gòu)件進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，根據(jù)應(yīng)力分布情況，合理確定貼片位置和正確選擇應(yīng)變片種類，同時做好應(yīng)變片防水，布設(shè)溫度補(bǔ)償片；