凤滩水电站钢闸门检测和安全鉴定

吴佩兰 谢素云 吴静

摘要：指出了水工钢闸门运行状况直接影响到工程的适用性、安全性和耐久性，需定期对水工钢闸门进行科学的抽样检测和安全鉴定。对凤滩水电站钢闸门进行了检测和安全鏊定，通过有限元对闸门进行的三维有限元强度和刚度复核，确定了该闸门满足规范要求，可继续使用。

关键词：水工钢闸门;检测;三维有限元计算

中图分类号：TV34 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）18-0188-02

1引言

水工鋼闸门为水工建筑物的主要挡水结构，由于现行《水利水电工程钢闸门设计规范》采用容许应力方法进行结构验算，不具有“设计使用寿命”的概念;服役期闸门结构多处于潮湿或干湿交替的环境中，恶劣的周边环境对材料性能的侵蚀较为严重;闸门结构表面积相对较大，难以全部得到完整有效的保护，所以对在役期的水工钢闸门进行科学合理地抽样检测和安全鉴定极为重要，否则闸门的失事将严重影响整个水利枢纽建筑物的安全。本文对凤滩水电站钢闸门的检测数据进行分析，同时通过大型有限元软件ANASYS对闸门进行三维有限元强度和刚度复核。

凤滩水电厂位于湖南省沅水主要支流酉水下游，坝址控制流域面积1.75万km²，平均流量504m³/s，正常高水位205m，相应库容13.9亿m³，为季调节水库，总装机容量40万kW。大坝为空腹重力拱坝，共设有13孔溢洪道，溢流坝的堰顶高程为193m，每孔溢洪道设一道表孔弧形工作闸门。凤滩水电厂水利枢纽的金属结构已使用多年。

对凤滩水电厂水工金属结构进行安全检测与复核。为了解当前金属结构挡水运行状态下的工作特性，拟对闸门进行结构完整性检查和相应的理论计算。

2检测工艺

本项目主要采用HS510数字式超声波探测仪测量闸门面板、梁腹板的厚度，用游标卡尺测量了梁翼缘的厚度。根据《水工钢闸门和启闭机安全检测技术规程》（SLl01-94）的要求，厚度测量对闸门各构件的腐蚀较重和腐蚀较轻的部位均进行了厚度检测。后续的有限元分析所采用的钢闸门尺寸数据均采用检测所得数据。

3闸门三维有限元分析

闸门为弧形门，孔口尺寸14m，外弧半径16m。静力挡水时闸门由斜支臂和底槛支撑。设计水头为13.134m。闸门材料弹性模量E=206000MPa，泊松比为0.3。密度为7850kg/m²。

由于闸门是对称结构，计算时，取其一半，加对称边界条件进行计算。闸门正常挡水时，面板两侧自由，闸门由闸门底槛支承和斜支臂支撑。静力荷载为闸门自重和校核水压力作用，水压力呈三角形分布。水压力按下式计算：水头按各段中点计算。p=水头（mm）×1（t/m³）=水头×9.8×10^-6（MPa）。

为了更好的分析闸门各部分在水压力作用下沿下游的位移，现取出闸门面板、主横梁和隔板在设计水压力下沿顺水流方向的位移分布图进行分析，所有的位移都是相对于支铰处的位移，发现闸门面板的位移最大。闸门面板顺水流方向位移见图1。在设计水压力和自重作用下，面板板格中间处的位移值普遍大于板格四周的位移值，在两主横梁中间处的面板位移值大于其它部位的位移值。面板的位移从对称面位置处分别向边柱两边逐渐减小，最大的位移值出现在两主梁之间靠近对称面处，值为19.740mm。

分别提取闸门面板、主横梁、隔板Mises应力，发现隔板与主横梁相交且靠近面板的部位Mises应力值较大，其它部位的Mises应力值较小，最大Mises应力值发生在下主横梁与第二块隔板相交的部位，最大值是267.974MPa，见图2。

4结语

通过对凤滩水电站某钢闸门的检测和安全鉴定工作，得到如下结论。

（1）通过对闸门实际厚度的检测，得出了闸门的平均腐蚀量和蚀余厚度，满足规范要求。

（2）根据实测结果，通过ANASYS计算了钢闸门各构件在顺水流方向的变形和Mises应力，得到了各构件的变形图和Mises应力图，均满足规范要求，闸门可继续使用。