[發明專利]一種弧形閘門三叉斜支臂扭角的驗算求證方法

有效

• 申請號: 201710060598.7
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN107012842B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 盧俊生;張應超;李有道;王運根;張健;李振華
• 申請（專利權）人: 中國水利水電第十一工程局有限公司
• 主分類號: E02B7/42
• 分類號: E02B7/42;G06F17/50
• 代理公司: 北京中海智圣知識產權代理有限公司 11282
• 代理人: 白鳳武

本發明屬于水電站工程技術領域，涉及一種弧形閘門三叉斜支臂扭角的驗算求證方法。tanα＝(L?l)/2(R?h)；L1＝θ1′×Rπ/180,L2＝θ2′×Rπ/180；sin(θ1/2)＝sin(θ1′/2)×cosα，sin(θ2/2)＝sin(θ2′/2)×cosα；tanφ1＝sinα×tanθ1′；tanφ2＝sinα×tanθ2′；η1＝arc sin[sinφ1/(tanθ1×tanα)]+φ1－90°；η2＝arc sin[sinφ2/(tanθ2×tanα)]+φ2－90°。本發明的有益效果為：彌補了《水利水電工程鋼閘門設計規范》SL74－2013和《水電工程鋼閘門設計規范》NB35055－2015針對弧形閘門三叉斜支臂的扭角驗算的不足，完善了《規范》，為制定相應條款做出理論的準備與參考。避免了由于驗算錯誤而導致的重大事故的發生，保證了設計的正確性、精確度和施工質量。

技術領域

本發明屬于水電站工程技術領域，涉及一種弧形閘門三叉斜支臂扭角的驗算求證方法。

背景技術

弧形閘門由門葉、支臂、支鉸(包括鉸鏈、鉸軸、鉸座等)和止水裝置四部分組成。支臂的主要作用是：連接門葉與支鉸，將門葉面板承受的水壓力傳遞到支鉸，以及鉸座安裝的水工建筑物之上。常見的斜支臂由上、下兩根支柱組成，支柱之間間隔布置豎向支撐和斜向拉桿，將上下支臂連接成一個整體，簡稱V型支臂。弧形閘門的斜支臂，為保證支臂的支柱腹板與門葉主梁腹板安裝后處于同一個平面上(即弧形閘門表面與支鉸軸線組成的徑向平面)，支柱需要扭轉一個角度稱作扭角(或扭轉角)用φ表示。對于常見的V型斜支臂弧形閘門，“斜支臂水平偏斜角A，支臂上、下支臂夾角2θ，與扭轉角φ三個角度之間的函數關系”，在《水電工程鋼閘門設計規范》NB35055－2015與《水利水電工程鋼閘門設計規范》中的6.1.11條款已經明確規定，規定如下：

“6.1.11斜支臂弧形閘門，當支臂與主橫梁水平連接時，在支鉸處兩支臂夾角平分線的垂直剖面上形成扭角2φ。φ應按式(6.1.11)計算：

其中：θ—上下兩支臂夾角的一半；

α—斜支臂水平偏斜角度。”

孔口高度較大時，弧形閘門高度隨之增高，V型斜支臂結構不能滿足受力和穩定性要求，近年出現了采用三根(或者四根)支柱組成的斜支臂用作超大型弧形閘門，由三根支柱組成的斜支臂簡稱三叉斜支臂。對于弧形閘門三叉及四叉斜支臂三個角度之間的關系，《水利水電工程鋼閘門設計規范》SL74－2013和《水電工程鋼閘門設計規范》NB35055－2015，均未明確規定。

一些設計和制造單位對于弧形閘門三叉斜支臂的扭角存在較為模糊的認識。例如：洪都拉斯PATUCAⅢ水電站工程溢洪道14m×22m×21.5m工作閘門，是三叉斜支臂弧形閘門。將中支臂視作斜支臂中心線，上中、中下支臂的夾角分別視作斜支臂兩個不同夾角2θ的一半，代入現行《規范》的扭角計算公式計算，得出的上支臂相對于中支臂的扭角為φ₁＝1.1598°, 下支臂相對于中支臂的扭角φ₂＝0.7909°。

但是《規范》的“6.1.11條款計算公式”設定的使用前提條件是“在支鉸處兩支臂夾角平分線的垂直剖面上形成的扭角2φ”，該弧形閘門中支臂并非處于“兩支臂夾角平分線”上，上中、中下支臂的夾角不相等，并不適應規范規定的使用條件。所以，得出的結果必然是錯誤的。

因此，現在亟待一種專門針對弧形閘門的中支臂不處于兩支臂夾角平分線上的三叉斜支臂扭角的驗算求證規范，以避免由于上述錯誤從而造成重大事故的發生。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，以現有數學的基本原理定理為基礎，對弧形閘門三叉斜支臂的空間幾何形狀進行分析，推導求證出該種支臂結構中：水平偏斜角；上、中支臂中線的夾角(包括中、下支臂中線的夾角)；以及在支鉸的垂直端面上形成的扭角等，相關角度之間存在的函數關系。為制定規范的相應條款，做出理論的準備與參考。