大型水工鋼閘門(mén)滾輪與軌道承載機(jī)理和設(shè)計(jì)理論研究

滾輪和軌道是保證大型水利工程閘門(mén)正常運(yùn)行的關(guān)鍵部件。由于對(duì)其承載機(jī)理缺乏深入系統(tǒng)的理論研究，現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中滾輪和軌道的設(shè)計(jì)公式主要根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果給出，由于試驗(yàn)條件的差別和局限性，試驗(yàn)結(jié)果離散性較大，設(shè)計(jì)公式只好根據(jù)最小承載力試驗(yàn)值給出，嚴(yán)謹(jǐn)性和合理性不足。本課題研究從理論上深入系統(tǒng)地研究了滾輪和軌道的承載機(jī)理，提出了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和設(shè)計(jì)方法，為滾輪和軌道的接觸強(qiáng)度計(jì)算提供理論依據(jù)；軌道和閘墩混凝土新的承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法；考慮剪力滯影響時(shí)軌道的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法；提出滾輪與軌道熱處理指標(biāo)的確定方法。提高滾輪與軌道設(shè)計(jì)的理論水平和設(shè)計(jì)方法的合理性。主要基礎(chǔ)理論研究成果為進(jìn)一步完善水工鋼閘門(mén)滾輪與軌道的設(shè)計(jì)理論，建立較合理的大型水工鋼閘門(mén)滾輪與軌道的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，為工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，為《水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂提供參考。

滾輪和軌道是保證大型水利工程閘門(mén)正常運(yùn)行的關(guān)鍵部件。由于對(duì)其承載機(jī)理缺乏深入系統(tǒng)的理論研究，現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中滾輪和軌道的設(shè)計(jì)公式主要根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果給出，由于試驗(yàn)條件的差別和局限性，試驗(yàn)結(jié)果離散性較大，設(shè)計(jì)公式只好根據(jù)最小承載力試驗(yàn)值給出，嚴(yán)謹(jǐn)性和合理性不足?，F(xiàn)有強(qiáng)度理論并不適應(yīng)于大型水工鋼閘門(mén)的滾輪和軌道接觸強(qiáng)度計(jì)算。本課題以接觸力學(xué)、彈塑性力學(xué)、金屬學(xué)等為理論基礎(chǔ)，應(yīng)用三維接觸分析技術(shù)、子模型技術(shù)等手段，通過(guò)理論和數(shù)值分析及模型試驗(yàn)等方法，從理論上深入系統(tǒng)地研究揭示滾輪和軌道的承載機(jī)理，提出適用于小局部、高強(qiáng)度、不均勻荷載作用下實(shí)體構(gòu)件的接觸強(qiáng)度計(jì)算理論，為滾輪和軌道的接觸強(qiáng)度計(jì)算提供理論依據(jù)；軌道和閘墩混凝土新的承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法；考慮剪力滯影響時(shí)軌道的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法；提出滾輪與軌道熱處理指標(biāo)的確定方法。提高滾輪與軌道設(shè)計(jì)的理論水平和設(shè)計(jì)方法的合理性。

水工鋼閘門(mén)是水利水電樞紐建筑物的主要組成部分之一，其運(yùn)行狀況直接影響到工程的適用性、安全性和耐久性，國(guó)內(nèi)外都有因閘門(mén)故障而導(dǎo)致整個(gè)樞紐出事的教訓(xùn)。近年來(lái)，隨著水利水電樞紐規(guī)模的不斷大型化，水工鋼閘門(mén)的尺寸和荷載也不斷刷新紀(jì)錄，達(dá)到過(guò)去難以比擬的水平，閘門(mén)安全問(wèn)題也顯得更為重要。

和大體積混凝土建筑物相比，水工鋼閘門(mén)似乎是較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，但是，我們必須看到閘門(mén)有它的特殊性。首先，為了擋水、泄洪，閘門(mén)在其壽命期內(nèi)，要經(jīng)受成千乃至上萬(wàn)次的啟閉操作，要承受高速水流引起的劇烈、復(fù)雜的震動(dòng)（流固耦合震動(dòng)）；其次，水工鋼閘門(mén)是由薄壁構(gòu)件組成的金屬結(jié)構(gòu)，更容易受到空蝕和腐銹的破壞。因此，它也更需要在運(yùn)行期內(nèi)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和維護(hù)。