第３４卷第４期 ２ ０ １ ５年８月 四川水力发电 Ｖｏ１．３４．Ｎｏ．４ Ａｕｇ．，２ ０ １ ５ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｗａｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ 泄洪闸闸顶启闭机排架动力特性分析 撒文奇， 石太军， 井向阳 （中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都６１００７２） 摘要：采用三维有限元动力分析方法，以草街航电枢纽工程泄洪闸闸顶启闭机排架为例，对排架结构进行了不同地震烈度 下的整体空间变形与应力分析，得到了对应的应力与应变分布规律。根据计算成果，总结出了排架结构在地震作用下的抗 震薄弱部位，并提出了抗震措施建议，可为同类工程问题提供借鉴。 关键词：启闭机排架；有限元分析；动力分析；草街航电枢纽 中图分类号：ＴＶ６６４；ＴＶ７；ＴＶ７３５；ＴＶ６５２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１－２１８４（２０１５）０４－０１０１－０４ １概述 随着设计和制造水平的不断发展以及实际工 程需要，启闭机排架的设计趋势正在向高度高、跨 度大的方向不断发展 Ｊ。启闭机排架作为一种 钢筋混凝土框架结构，在静力工况下的安全稳定 性是可以得到充分保证的。然而，地震作用是一 种非可预见性自然灾害，若在启闭机排架设计时 图１ 草街航电枢纽工程上游全景图 没有充分考虑其作用，在设计使用期内发生地震， 将会对排架结构自身，甚至整个水利工程造成重 大损失与破坏，故研究启闭机排架结构在地震作 用下的动力特性非常必要，可进一步提高其抗震 性能，减小由地震灾害带来的损失及风险。笔者 坝轴线总长度为２５１ ｒｎ。泄洪闸单孔闸室净宽１３ ｍ，闸室长４０ ｍ。左侧边闸墩与围堰改建闸共用 （厚度为８ ｉｎ），中墩厚度为４ ｍ，右侧边墩与右岸 挡水坝段共用；采用底板分缝将闸室底板分为７ 个单元，每个单元宽度均为３４ ｍ。每孔闸设一道 平板检修门和一道工作闸门，工作门为平板门，采 用卷扬式启闭机起闭，启闭机平台高程２４９．６ ｍ。 ２泄洪闸坝顶启闭机排架设计 以草街航电枢纽围堰改建闸上部单跨排架为例， 深入研究了其抗震特性，找出了结构自身的薄弱 部位，进而有针对性地提出了抗震措施建议，可为 后续排架设计提供经验。 草街航电枢纽工程系嘉陵江干流合川至河口 段自下而上渠化梯级开发的第二级，是以航运为 主，兼顾发电并具有拦沙减淤、改善灌溉条件等效 根据泄洪闸的闸室结构设计，特别是针对中 墩厚度只有４ ｍ的特点，泄洪闸坝顶启闭机排架 按照多孔联系梁排架和单孔排架２种排架设计， 其中单孔排架布置在围堰改建闸坝顶和右岸当时 坝段吊物孔部位，ｌ＃～１５＃泄洪闸坝顶启闭机排架 采用３孔连系梁排架结构。其中，３孔连系梁排 架：排架总高度为２８．１ ｍ，总长度为５２．９ ｍ和 ５０．９ ｍ。排架沿高程方面在高程２２９ ｍ、２３６．２ ｍ 和２４２．９ ｍ处分别设置了截面尺寸为６０ ｅｍ× １２０ ｅｍ（宽Ｘ高）连系梁。排架的主梁截面尺寸 益的水资源综合利用工程。枢纽建筑物从左到右 由船闸、厂房、５孔冲沙闸、１孔围堰改建闸、ｌ５孔 泄洪闸和右岸挡水坝等组成，拦河建筑物顶高程 为２２１．５ ｍ，坝顶总长度为６７７．３７ ｍ，最大闸高４６ ｍ，工程枢纽布置详见图１。 河床右侧布置有ｌ５孑Ｌ开敞式曲线型实用堰 闸，堰顶高程１８０ ｍ，建基高程１５９ ｍ，混凝土底板 厚１３～２１ ｍ，其基础置于弱风化砂质粘土岩上， 在闸室上、下游设有齿槽。闸顶高程２２１．５ ｍ，沿 收稿日期：２０１５－０３－０８ 为１２０ ｃｍ×２５０ ｃｍ（宽×高），每孔设置了４根截 面尺寸为６０ ｅｍ×１２０ ｅｍ（宽×高）次梁，排架柱 的截面尺寸为１５０ ｅｍ ｘ １５０ ｃｍ（宽×高）。 ３三维有限元计算模型 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｗａｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ皿 撒文奇等：泄洪闸闸顶启闭机排架动力特性分析 ６。正值表示位移指向上游或向上，负值表示位移 指向下游或向下。 表６位移计算成果汇总表（静动叠加） ／ｍｍ 从位移计算成果看，在地震作用下，排架结构 位移分布规律与静力工况基本相同，极值较静力 工况明显增大，且随着地震等级的提高呈倍数增 长规律，极值发生位置也与静力工况下相同。其 中顺河向位移发展较为明显，主要与地震作用是 沿着顺河向输入有关。 ４．３．２应力计算成果 动力工况下，启闭机排架应力计算成果见表 ７。正值表示拉应力，负值表示压应力。定义超拉 区概念，即拉应力超过２ ＭＰａ的范围。 表７应力计算成果汇总表（静动叠加）／ＭＰａ 由应力成果分析可知，在地震作用下，排架结 构拉应力值及超拉区范围较静力工况明显增大， 且随着地震等级的提高，结构应力与位移一样呈 皿Ｓｉｃｈｕａｎ ＷａｔｅｒＰｏｗｅｒ ２０１５年第４期 倍数增长规律。在不同等级地震作用下，排架结 构最薄弱部位仍然在水平连系梁端部与排架柱结 合处，超拉区范围也随着地震作用的增大而急剧 加大，在Ⅸ度地震下顺河向短边连系梁两端甚至 出现了超拉区完全贯穿的现象，主要是由于排架 顺河向跨度较小，结构刚度也较小，在顺河向强地 震作用下无法满足抗震要求；压应力数值较静力 工况增大不明显，仍在Ｃ２５混凝土抗压强度之 内。 根据应力计算结果，说明连系梁端部的刚度 无法满足高等级地震的要求，是排架结构设计的 控制性部位，应在设计过程中重点考虑、优化；建 议在连系梁两端与排架柱结合部位上下均设置贴 脚，以增大连系梁两端的刚度，具体效果在后续研 究成果中论述。 ５ 结语 笔者以草街航电枢纽围堰改建闸上部单跨排 架为例，建立了三维有限元模型，利用振型分解反 应谱法，对排架结构进行了三维有限元动力分析， 得出了以下结论： （１）在静力工况下，由于排架结构横河向跨 度较大，导致横河向长连系梁两端与排架柱结合 处拉应力值较大，需配置适当的钢筋以改善其受 力状态。 （２）在地震荷载作用下，排架柱与连系梁结 合部位的应力值较大，为结构抗震的薄弱区域与 控制性部位，应予以重点考虑、优化。在顺河向地 震荷载作用下，顺河向短边连系梁首先因拉应力 贯穿而破坏。 （３）针对抗震薄弱部位，建议在连系梁两端 设置贴脚以增大端部刚度，改善端部的应力状态。 参考文献： ［１］赵桂连，张清琼，唐碧华．大型复杂启闭机排架结构的优化 设计［Ｊ］．水电站设计，２０１４，３０（２）：８２—８５． ［２］水工建筑物抗震设计规范，ＤＬ ５０７３—２Ｏ００［Ｓ］． 作者简介： 撒文奇（１９８５一），男，内蒙古赤峰人，工程师，博士，从事水工建筑 物设计工作； 石太军（１９８０．），男，甘肃庄浪人，高级工程师，工程硕士，从事水 工建筑物设计工作； 井向阳（１９８７一），男，河南信阳人，工程师，博士，从事水工建筑物 设计工作． （责任编辑：李燕辉）
