NFX|人字形闸门仿真分析
人字闸门是船闸工程中应用最为广泛的工作闸门，有结构复杂、启闭频繁、运行工况及荷载多变等特点。人字门单侧向受较大水压力，设计采用的传统平面体系设计方法，未考虑闸门结构间的相互作用，并且缺乏整体协调性。为了提高人字门运行的安全性，对船闸人字门进行三维有限元法进行静，对人字门空间结构布置、各重要构件的受力特性进行研究，掌握人字门工作时的静力与动力特性十分必要。分析人字闸门各工况下的应力变形情况，可为闸门的结构设计提供理论参考。
1 工程概况
该船闸位于安徽南部地区，闸室尺寸为23×200×4.5(m) （口门宽×闸室长×门槛最小水深），为钢筋混凝土坞式结构。闸门采用人字闸门，主体结构包括：门体结构、顶枢、底枢、背拉杆、枕垫座、承压条、止水以及导卡、防撞护舷、工作桥等诸多构件组成。闸门门体尺寸为13.584m×10.77m×1.5m。门体结构主要由主梁、横隔板、面板、水平次梁、竖直次梁、门轴柱、斜接柱等钢制构件组成。
2 计算荷载及约束
以各种施工、检修和运行工况，包括各种水位组合，来验算闸门设计强度。具体水位组合如下表1。
注：闸门门槛高程0.8m。
注：模型直角坐标系，X 轴平行于船闸横截面水平方向，Y 轴由下闸首指向上闸首，Z 轴沿高度向上。
3 闸门数值计算与分析
闸门的主体结构采用Q345 钢，弹性模量E=2.06×105MPa，泊松比μ=0.3，容重γ=78.5kN/m3。
3.2 模型建立
3.3 人字门静力数值分析
人字闸门数值分析分为安装检修、关闭挡水和开启（关闭）三个工况。其中在闸门开启过程中，在开启路径中，选取四处位置进行静态分析来近似模拟闸门开启的动态过程，分别为：关闭位置、开启三分之一处、开启三分之二处、开启位置，如图2 所示。
人字闸门在安装检修、关闭挡水和开启（关闭）三个工况，六种条件下，闸门最大总体 位移及斜接柱顶、底相对位移见表4。
人字闸门在安装检修、关闭挡水和开启（关闭）三个工况，六种条件下，人字闸门最大及最小主应力、剪应力和等效应力见表5。
人字闸门在安装检修工况下，除节点板出现局部应力集中外，绝大多数构件等效应力较小，99.3%的区域等效应力小于17.42MPa。在最大水头工况下，人字闸门大多数构件的正应力、剪应力及等效应力都远小于容许应力值；只在底主梁加劲肋与最右侧横隔板焊接处出现应力集中，分析产生原因为底主梁受竖直水压力作用，出现凸起变形，使加劲肋向上弯曲，焊缝受到挤压。在闸门开启过程中，闸门变形很小，闸门变形形式相同，都产生了微小扭转，在四处位置变形程度相差不大。即使推拉座与面板焊接处出现明显应力集中，但构件的正应力、剪应力、等效应力皆远小于容许应力值，满足结构强度要求。
4 结语
本文采用Midas NFX 软件建立安徽某船闸人字闸门三维空间模型，通过进行有限元数值计算与分析，得到结论如下：
（1）人字闸门结构空间刚度很大，在安装检修、关闭挡水及启闭工况下，闸门变形较小，最大位移为9.84mm，具有较强的抗变形能力。
（2）人字闸门绝大多数构件，最大应力远小于容许应力值，安全裕度很大，满足结构强度要求，使部分钢材没有充分发挥其承载能力，具有优化空间。
参考文献：
[1]叶雅思,周钦,曾又林,何文娟,任启江,等.大源渡二线船闸人字门静动力数值计算[J].水运工程,2019(3):116-120.
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