[發明專利]一種新型仿生閘門結構及其設計方法

在審

• 申請號: 202110002054.1
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112746600A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 謝遵黨;張雪才;楊順群;侯慶宏;周偉;閆文博
• 申請（專利權）人: 黃河勘測規劃設計研究院有限公司
• 主分類號: E02B7/44
• 分類號: E02B7/44;G06F30/23;G06F30/17;G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 劉靜

本發明涉及水利工程設備領域，尤其涉及一種新型仿生閘門結構及其設計方法。包括若干縱梁和若干橫梁，若干縱梁和橫梁相互交錯且垂直設置，縱梁和橫梁的外側固定連接有面板，縱梁內側設置有仿生結構支臂，仿生結構支臂為中空結構，仿生結構支臂的跨中直徑大于仿生結構支臂的端部直徑,仿生結構支臂端部與縱梁之間連接有仿關節。本發明可改善傳統弧形閘門結構的靜力特性，也可保證弧形閘門整體結構的安全經濟靈活運行，促進水利水電事業的發展。

技術領域

本發明涉及水利工程設備領域，尤其涉及一種新型仿生閘門結構及其設計方法。

背景技術

水工鋼閘門是水工建筑物的重要組成部分之一，其作用是封閉水工建筑物的孔口，并能按需全部或局部開啟，以調節上下游水位、泄放流量、電站運行、通航及其他控制功能。作為調節咽喉的水工鋼閘門起著至關重要的作用，只有通過水工鋼閘門的靈活啟閉，才可對水庫進行實時調節，滿足防洪、發電和水資源調配的需要，保證水利水電工程發揮其應有的經濟效益和社會效益。閘門的種類很多，其中弧形閘門因其獨特的優點受到廣大設計人員的青睞，弧形閘門由于合理的構造形式，可封閉相當大面積的孔口、啟閉力小、沒有影響水流流態的門槽、水力條件好等優點。

弧形鋼閘門支臂是支撐門葉結構并將其承受的荷載通過支鉸傳給閘墩的主要結構，閘門的失穩問題經常發生，弧形鋼閘門中框架的失穩主要就是支臂結構的失穩。通過調查大量閘門事故案例發現，失事的弧形鋼閘門中有80％以上是由于其支臂破壞導致弧形鋼閘門整體失事的，所以支臂的穩定關乎整個閘門結構、乃至整個樞紐建筑物的安全。弧形工作閘門失事或者汛期不能快速開啟都會給整個樞紐建筑物或下游人民生命財產安全造成巨大危害，所以確保弧形閘門長久安全穩定靈活運行至關重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種新型仿生閘門結構及其設計方法，以解決上述問題，可改善傳統弧形閘門結構的靜力特性，也可保證弧形閘門整體結構的安全經濟靈活運行，促進水利水電事業的發展。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種新型仿生閘門結構，包括若干縱梁和若干橫梁，若干所述縱梁和橫梁相互交錯且垂直設置，所述縱梁和橫梁的外側固定連接有面板，所述縱梁內側設置有仿生結構支臂，所述仿生結構支臂為中空結構，所述仿生結構支臂的跨中直徑大于所述仿生結構支臂的端部直徑,所述仿生結構支臂端部與所述縱梁之間連接有仿關節。

優選的，所述仿關節包括固定連接在所述仿生結構支臂端部的球形鉸結構，所述縱梁內側固定連接有球形鉸軸套，所述球形鉸軸套與所述球形鉸結構配合設置。

優選的，所述仿生結構支臂為V型結構，所述仿生結構支臂結構與麥稈結構相同。

優選的，所述仿生結構支臂Y型結構，所述Y型結構連接處設置有加強節，所述加強節內部設有與所述仿生結構支臂軸線方向相同的加強肋板。

一種新型仿生閘門結構設計方法，包括如下步驟：

S1：收集數據，收集水工建筑物的情況a，閘門孔口的情況b，水位條件c，氣象條件d，安裝運輸情況e，閘門結構所在地的地震烈度f，閘門結構所在地的泥沙淤積情況g，根據收集到的數據計算閘門支臂的設計載荷F；

S2：根據公式確定所述仿生結構支臂的橫截面尺寸A₁，其中[σ]為所述仿生結構支臂的容許應力；

S3：根據所述仿生結構支臂的圓環壁厚t與外徑d的比值計算得到所述仿生結構支臂的薄壁柱端部直徑d；

S4：確定所述仿生結構支臂的跨中直徑D，通過公式計算得出；

S5：對步驟S4確定好的所述仿生結構支臂的薄壁柱進行有限元分析，得到所述仿生結構支臂的薄壁柱的穩定承載力F_u，判斷是否F_u≥F，如果不滿足，重復步驟S2-S5，直到滿足F_u≥F，得到最終的仿生結構支臂的薄壁柱的結構尺寸。