大型水工鋼閘門滾輪與軌道承載機理和設(shè)計理論研究項目摘要

滾輪和軌道是保證大型水利工程閘門正常運行的關(guān)鍵部件。由于對其承載機理缺乏深入系統(tǒng)的理論研究，現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范中滾輪和軌道的設(shè)計公式主要根據(jù)試驗結(jié)果給出，由于試驗條件的差別和局限性，試驗結(jié)果離散性較大，設(shè)計公式只好根據(jù)最小承載力試驗值給出，嚴謹性和合理性不足?，F(xiàn)有強度理論并不適應(yīng)于大型水工鋼閘門的滾輪和軌道接觸強度計算。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，通過理論和數(shù)值分析及模型試驗等方法，從理論上深入系統(tǒng)地研究揭示滾輪和軌道的承載機理，提出適用于小局部、高強度、不均勻荷載作用下實體構(gòu)件的接觸強度計算理論，為滾輪和軌道的接觸強度計算提供理論依據(jù)；軌道和閘墩混凝土新的承壓強度設(shè)計方法；考慮剪力滯影響時軌道的抗彎強度設(shè)計方法；提出滾輪與軌道熱處理指標的確定方法。提高滾輪與軌道設(shè)計的理論水平和設(shè)計方法的合理性。

滾輪和軌道是保證大型水利工程閘門正常運行的關(guān)鍵部件。由于對其承載機理缺乏深入系統(tǒng)的理論研究，現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范中滾輪和軌道的設(shè)計公式主要根據(jù)試驗結(jié)果給出，由于試驗條件的差別和局限性，試驗結(jié)果離散性較大，設(shè)計公式只好根據(jù)最小承載力試驗值給出，嚴謹性和合理性不足。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理，提出了設(shè)計準則和設(shè)計方法，為滾輪和軌道的接觸強度計算提供理論依據(jù)；軌道和閘墩混凝土新的承壓強度設(shè)計方法；考慮剪力滯影響時軌道的抗彎強度設(shè)計方法；提出滾輪與軌道熱處理指標的確定方法。提高滾輪與軌道設(shè)計的理論水平和設(shè)計方法的合理性。主要基礎(chǔ)理論研究成果為進一步完善水工鋼閘門滾輪與軌道的設(shè)計理論，建立較合理的大型水工鋼閘門滾輪與軌道的設(shè)計計算方法，為工程設(shè)計提供理論依據(jù)，為《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》修訂提供參考。

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

和大體積混凝土建筑物相比，水工鋼閘門似乎是較為簡單的結(jié)構(gòu)，但是，我們必須看到閘門有它的特殊性。首先，為了擋水、泄洪，閘門在其壽命期內(nèi)，要經(jīng)受成千乃至上萬次的啟閉操作，要承受高速水流引起的劇烈、復(fù)雜的震動（流固耦合震動）；其次，水工鋼閘門是由薄壁構(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，它也更需要在運行期內(nèi)加強監(jiān)測和維護。