應(yīng)變電測(cè)法在鋼閘門應(yīng)力檢測(cè)中應(yīng)用

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(cè)法對(duì)鋼閘門進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)和啟閉機(jī)啟閉力檢測(cè)，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**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(dòng)水啟閉。每扇鋼閘門配備一臺(tái)集中驅(qū)動(dòng)雙吊點(diǎn)固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，容量為2*400kn。
鋼閘門測(cè)試工況確定
以檢測(cè)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。為了獲得較大水壓力，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(cè)工況盡可能接近設(shè)計(jì)工況?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，閘門上游水位為35.95m，閘門下游無水，堰**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(cè)點(diǎn)布置原則及注意事項(xiàng)
布置原則
1.測(cè)試內(nèi)容為鋼閘門靜應(yīng)力和啟閉機(jī)啟閉力，測(cè)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(cè)點(diǎn)；
2.在滿足檢測(cè)目的、委托要求前提下，測(cè)點(diǎn)數(shù)量宜少不宜多；
3.對(duì)稱結(jié)構(gòu)可在一側(cè)布置測(cè)點(diǎn)，但在對(duì)稱側(cè)應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的比照測(cè)點(diǎn)，比照測(cè)點(diǎn)提供的正式數(shù)據(jù)可為分析時(shí)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(shí)，應(yīng)做好防水處理；
3.信號(hào)傳輸線應(yīng)妥善固定，電阻值應(yīng)確保穩(wěn)定。
測(cè)點(diǎn)位置選擇和數(shù)量確定
在進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)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(duì)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(cè)點(diǎn)位置和數(shù)量。目的是使檢測(cè)斷面選擇正確，傳感器原件布置合理，采集的數(shù)據(jù)較具有代表性。
根據(jù)鋼閘門應(yīng)力分布云圖，確定鋼閘門的應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。主要受力構(gòu)件上布置21個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中三向測(cè)點(diǎn)4個(gè)。測(cè)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(cè)的測(cè)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(dòng)軸上；另一處在閘門吊板上。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇將測(cè)點(diǎn)布置在閘門**部的吊板上，共粘貼8個(gè)工作應(yīng)變片，合理布設(shè)。
確定測(cè)點(diǎn)位置后，對(duì)測(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)。檢測(cè)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(cè)結(jié)果及分析
鋼閘門應(yīng)力檢測(cè)
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(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為24766個(gè)。坐標(biāo)系定義為：主橫梁軸向?yàn)閤軸，縱梁軸向?yàn)閥軸，水流方向?yàn)閦軸。
表1動(dòng)水啟閉工況下鋼閘門應(yīng)力理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比
面板xy向折算應(yīng)力較大值
1#主橫梁翼緣板x向拉應(yīng)力較大值
2#主橫梁翼緣板x向拉應(yīng)力較大值
容許應(yīng)力σy（mpa）
250.8
150.2
150.2
計(jì)算應(yīng)力σl（mpa）
46.6
91.8
79.2
實(shí)測(cè)應(yīng)力σs（mpa）
48.5
100.9
73.7
|(σs-σl)|/σs(%)
4.1
9.1
7.5
由表1數(shù)據(jù)可知，鋼閘門面板較大折算應(yīng)力計(jì)算值為46.6mpa，實(shí)測(cè)計(jì)算值為48.5mpa，均小于容許折算應(yīng)力為250.8mpa；1#主橫梁較大拉應(yīng)力計(jì)算值為91.8mpa，實(shí)測(cè)值為100.9mpa，2#主橫梁較大拉應(yīng)力計(jì)算值為79.2mpa，實(shí)測(cè)值為73.7mpa，均小于容許拉應(yīng)力為150.2mpa。以上3個(gè)參數(shù)理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間偏差率為4.1%-9.0%，說明理論值與實(shí)測(cè)值很接近，也說明測(cè)試方法科學(xué)、合理。
啟閉機(jī)啟閉力檢測(cè)
表2鋼閘門動(dòng)水啟閉過程啟閉力實(shí)測(cè)結(jié)果換算值
過程節(jié)點(diǎn)
開啟瞬間較大啟門力
半開半閉階段較大持住力
完全開啟階段較大持住力
關(guān)閉階段較大拉力
換算結(jié)果（kn）
276
210
203
173
由表2可知，在動(dòng)水工況啟閉閘門過程中，開啟瞬間啟門達(dá)到較大值276kn；當(dāng)閘門開啟高度3m時(shí)，較大持住力為210kn；完全開啟時(shí)，較大持住力為203kn。閉門階段啟閉力下降明顯，較大拉力為173kn。整個(gè)啟閉過程、啟閉力、持住力和關(guān)閉過程較大拉力均小于啟閉機(jī)的額定容量800kn。
總結(jié)
1.以上測(cè)試結(jié)果表明，應(yīng)變電測(cè)法可用于鋼閘門現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力檢測(cè)，此方法工藝簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確。
2.為保證測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，要先對(duì)被測(cè)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(shí)做好應(yīng)變片防水，布設(shè)溫度補(bǔ)償片；
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