[發(fā)明專利]一種三分叉樹狀弧形閘門支臂及構(gòu)造方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201810061705.2 | 申請(qǐng)日： | 2018-01-23 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN108301387A | 公開(kāi)（公告）日： | 2018-07-20 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 王正中;張雪才;翟超;王文武;劉瑾程 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 西北農(nóng)林科技大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | E02B7/42 | 分類號(hào)： | E02B7/42 |
| 代理公司： | 北京方圓嘉禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385 | 代理人： | 董芙蓉 |
| 地址： | 712100 *** | 國(guó)省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 樹枝 弧形閘門 支臂 三分叉 樹干 支臂結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)度比 矛盾問(wèn)題 屈曲荷載 大剛度 高度比 高穩(wěn)定 厚度比 弧門 | ||
1.一種三分叉樹狀弧形閘門支臂，其特征在于，所述三分叉樹狀弧形閘門支臂設(shè)置有樹干臂；所述樹干臂的一端分叉式連接有第一樹枝臂、第二樹枝臂、第三樹枝臂；所述第一樹枝臂、第二樹枝臂、第三樹枝臂的另一端均固定在弧門的主縱梁上；
第一樹枝臂和第三樹枝臂的夾角與三支臂上下支臂夾角的比為2.04；
樹干臂與第一樹枝臂或第三樹枝臂的單位剛度比為9.57；
樹干臂與第二樹枝臂的單位剛度比為8.76；
樹干臂與第一樹枝臂或第三樹枝臂的長(zhǎng)度比為0.98；
樹干臂與第二樹枝臂的長(zhǎng)度比為0.94；
樹干臂與第一樹枝臂或第二樹枝臂或第三樹枝臂的截面高度比和厚度比分別為1.805和1.405。
2.如權(quán)利要求1所述的三分叉樹狀弧形閘門支臂，其特征在于，所述樹干臂的另一端與弧門的支鉸連接。
3.一種如權(quán)利要求1所述的三分叉樹狀弧形閘門支臂的構(gòu)造方法，其特征在于，所述三分叉樹狀弧形閘門支臂的構(gòu)造方法包括：
確定分叉點(diǎn)的位置，采用枚舉法，令Loc＝x，其中，0＜x＜R,x的步長(zhǎng)取為0.5m進(jìn)行掃描，R為要設(shè)計(jì)弧形閘門的半徑，m；
通過(guò)幾何關(guān)系確定樹干臂和第一樹枝臂、第二樹枝臂、第三樹枝臂的長(zhǎng)度；
采用非線性有限元法對(duì)三分叉樹狀弧形閘門支臂模型進(jìn)行分析，以樹干臂、第一樹枝臂、第二樹枝臂、第三樹枝臂的截面尺寸及長(zhǎng)度為優(yōu)化變量；
以三分叉樹狀弧形閘門支臂整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最高、結(jié)構(gòu)體積最小為目標(biāo)，并分析強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的約束條件進(jìn)行最優(yōu)形狀的優(yōu)化，建立求解三分叉樹狀支臂樹型優(yōu)化模型；
以滿足各種約束的自由變量經(jīng)無(wú)量綱化處理，最后給出樹干臂與第一樹枝臂、第二樹枝臂、第三樹枝臂的單位剛度比、第一樹枝臂、第二樹枝臂、第三樹枝臂相互之間夾角與弧門圓心角之比。
4.如權(quán)利要求3所述的三分叉樹狀弧形閘門支臂的構(gòu)造方法，其特征在于，所述通過(guò)幾何關(guān)系確定樹干臂和第一樹枝臂、第二樹枝臂、第三樹枝臂的長(zhǎng)度；具體包括：
以O(shè)點(diǎn)為弧門的支鉸點(diǎn)，A、B和D三點(diǎn)為根據(jù)現(xiàn)行《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范(SL74-2013)》等載布置原則確定的主梁位置及支臂連接點(diǎn)；P為水荷載的合力；OD為P的作用線，樹狀支臂的分叉點(diǎn)C在OD上，D點(diǎn)為弦AB與水荷載作用線的交點(diǎn)，α、β分別為第一樹枝臂和第三樹枝臂的夾角和三支臂上下支臂的夾角；所述幾何關(guān)系有：LOB＝LOA＝32m，三角形BCD和ADC均為直角三角形，經(jīng)計(jì)算確定LBD＝LAD＝4.8m，LOD＝31.64m。
5.如權(quán)利要求3所述的三分叉樹狀弧形閘門支臂的構(gòu)造方法，其特征在于，
求解三分叉樹狀支臂樹型優(yōu)化模型為：
優(yōu)化目標(biāo)為：
約束條件為：
式中：Pcr為三分叉樹狀弧形閘門支臂整體結(jié)構(gòu)的屈曲臨界荷載，kN；V為三分叉樹狀弧形閘門支臂整體結(jié)構(gòu)的體積，m3；σi為樹干臂和樹枝臂的臨界應(yīng)力，MPa；[σ]為樹干臂和樹枝臂的允許應(yīng)力，MPa；λmax為樹干臂和樹枝臂的最大柔度，[λ]為樹干臂和樹枝臂的允許柔度。
6.如權(quán)利要求3所述的三分叉樹狀弧形閘門支臂的構(gòu)造方法，其特征在于，確定分叉點(diǎn)的位置前，需先根據(jù)露頂式閘門結(jié)構(gòu)主縱梁位置的布置公式確定弧門的主縱梁的位置A點(diǎn)、B點(diǎn)和D點(diǎn)；O點(diǎn)為弧門的支鉸點(diǎn)；公式為：
式中：yk為第k根主梁距水面的距離，m；H為水面距門底的距離，m；n為主縱梁的數(shù)目；采用三主梁布置方式；得到三分叉樹狀支臂與主縱梁的連接位置A點(diǎn)、B點(diǎn)和D點(diǎn)。
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