[发明专利]一种三分叉树状弧形闸门支臂及构造方法

说明书

本发明属于水工弧形闸门支臂结构的技术领域，公开了一种三分叉树状弧形闸门支臂及构造方法，三分叉树状弧形闸门支臂的第一树枝臂和第三树枝臂的夹角α与三支臂上下支臂夹角β的比为2.04；树干臂与第一树枝臂或第三树枝臂的单位刚度比为9.57；树干臂与第二树枝臂的单位刚度比为8.76；树干臂与第一树枝臂或第三树枝臂的长度比为0.98；树干臂与第二树枝臂的长度比为0.94；树干臂与第一树枝臂或第二树枝臂或第三树枝臂的截面高度比和厚度比分别为1.805和1.405。本发明三分叉树状弧形闸门支臂结构体积最小，整体结构屈曲荷载最大，稳定性最高，可以解决大型弧门大刚度、高稳定与轻型化的矛盾问题。

技术领域

本发明属于水工弧形闸门支臂结构的技术领域，尤其涉及一种三分叉树状弧形闸门支臂及构造方法。

背景技术

弧形闸门的支臂主要用于承担弧门面板产生的的水荷载，传统弧形闸门支臂有二支臂和三支臂两种形式。调查发现各类闸门事故都是严重振动导致支臂失稳破坏，分析其原因是门叶与支臂的刚度分布不合理，支臂刚度较弱所致。调查还发现三支臂弧门的失事比例较大，究其原因是现行《水利水电工程钢闸门设计规范(SL74-2013)》采用传统的弧门主框架结构型式，三支臂结构的整体刚度虽然较二支臂大，但在相同材料用量情况下三支臂框架结构的稳定性较差；这是因为三支臂的中间支臂靠近闸门质心，因中间支臂分去部分材料，使上下支臂材料减少，刚度减弱。

但纯粹加大支臂刚度不仅浪费材料而且无限增大启闭机容量既不可能又不经济，故必须探求弧门结构新型式，以求集中少支臂及多支臂的优点克服其缺点，实现弧形闸门大刚度、高稳定性和轻型化的统一。

综上所述，现有技术存在的问题是：

由于高坝大库的不断出现，常用的闸门三支臂结构不能同时满足大型弧门结构中大刚度、高稳定与轻型化的要求；而且现有技术也没有采用非线性屈曲分析方法对闸门支臂结构轻型和稳定进行优化。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种三分叉树状弧形闸门支臂。

本发明是这样实现的，一种三分叉树状弧形闸门支臂，所述三分叉树状弧形闸门支臂设置有树干臂；所述树干臂的一端分叉式连接有第一树枝臂、第二树枝臂、第三树枝臂；所述第一树枝臂、第二树枝臂、第三树枝臂的另一端均固定在弧门的主纵梁上；

第一树枝臂和第三树枝臂的夹角与三支臂上下支臂夹角的比为2.04；

树干臂与第一树枝臂或第三树枝臂的单位刚度比为9.57；

树干臂与第二树枝臂的单位刚度比为8.76；

树干臂与第一树枝臂或第三树枝臂的长度比为0.98；

树干臂与第二树枝臂的长度比为0.94；

树干臂与第一树枝臂或第二树枝臂或第三树枝臂的截面高度比和厚度比分别为1.805和1.405。

进一步，所述树干臂的另一端与弧门的支铰连接。

本发明的另一目的在于提供一种三分叉树状弧形闸门支臂的构造方法包括：

确定分叉点的位置，采用枚举法，令L_oc＝x(0＜x＜R),x的步长取为0.05m进行扫描，R为要设计弧形闸门的半径，m；

再通过几何关系确定树干臂和第一树枝臂、第二树枝臂、第三树枝臂的长度；

采用非线性有限元法对三分叉树状弧形闸门支臂模型进行分析，以树干臂、第一树枝臂、第二树枝臂、第三树枝臂的截面尺寸及长度为优化变量；

以三分叉树状弧形闸门支臂整体结构稳定性最高、结构体积最小为目标，并分析强度、刚度、稳定性的约束条件进行最优形状的优化，建立求解三分叉树状支臂树型优化模型；