[发明专利]一种新型仿生闸门结构及其设计方法

说明书

本发明涉及水利工程设备领域，尤其涉及一种新型仿生闸门结构及其设计方法。包括若干纵梁和若干横梁，若干纵梁和横梁相互交错且垂直设置，纵梁和横梁的外侧固定连接有面板，纵梁内侧设置有仿生结构支臂，仿生结构支臂为中空结构，仿生结构支臂的跨中直径大于仿生结构支臂的端部直径,仿生结构支臂端部与纵梁之间连接有仿关节。本发明可改善传统弧形闸门结构的静力特性，也可保证弧形闸门整体结构的安全经济灵活运行，促进水利水电事业的发展。

技术领域

本发明涉及水利工程设备领域，尤其涉及一种新型仿生闸门结构及其设计方法。

背景技术

水工钢闸门是水工建筑物的重要组成部分之一，其作用是封闭水工建筑物的孔口，并能按需全部或局部开启，以调节上下游水位、泄放流量、电站运行、通航及其他控制功能。作为调节咽喉的水工钢闸门起着至关重要的作用，只有通过水工钢闸门的灵活启闭，才可对水库进行实时调节，满足防洪、发电和水资源调配的需要，保证水利水电工程发挥其应有的经济效益和社会效益。闸门的种类很多，其中弧形闸门因其独特的优点受到广大设计人员的青睐，弧形闸门由于合理的构造形式，可封闭相当大面积的孔口、启闭力小、没有影响水流流态的门槽、水力条件好等优点。

弧形钢闸门支臂是支撑门叶结构并将其承受的荷载通过支铰传给闸墩的主要结构，闸门的失稳问题经常发生，弧形钢闸门中框架的失稳主要就是支臂结构的失稳。通过调查大量闸门事故案例发现，失事的弧形钢闸门中有80％以上是由于其支臂破坏导致弧形钢闸门整体失事的，所以支臂的稳定关乎整个闸门结构、乃至整个枢纽建筑物的安全。弧形工作闸门失事或者汛期不能快速开启都会给整个枢纽建筑物或下游人民生命财产安全造成巨大危害，所以确保弧形闸门长久安全稳定灵活运行至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型仿生闸门结构及其设计方法，以解决上述问题，可改善传统弧形闸门结构的静力特性，也可保证弧形闸门整体结构的安全经济灵活运行，促进水利水电事业的发展。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种新型仿生闸门结构，包括若干纵梁和若干横梁，若干所述纵梁和横梁相互交错且垂直设置，所述纵梁和横梁的外侧固定连接有面板，所述纵梁内侧设置有仿生结构支臂，所述仿生结构支臂为中空结构，所述仿生结构支臂的跨中直径大于所述仿生结构支臂的端部直径,所述仿生结构支臂端部与所述纵梁之间连接有仿关节。

优选的，所述仿关节包括固定连接在所述仿生结构支臂端部的球形铰结构，所述纵梁内侧固定连接有球形铰轴套，所述球形铰轴套与所述球形铰结构配合设置。

优选的，所述仿生结构支臂为V型结构，所述仿生结构支臂结构与麦秆结构相同。

优选的，所述仿生结构支臂Y型结构，所述Y型结构连接处设置有加强节，所述加强节内部设有与所述仿生结构支臂轴线方向相同的加强肋板。

一种新型仿生闸门结构设计方法，包括如下步骤：

S1：收集数据，收集水工建筑物的情况a，闸门孔口的情况b，水位条件c，气象条件d，安装运输情况e，闸门结构所在地的地震烈度f，闸门结构所在地的泥沙淤积情况g，根据收集到的数据计算闸门支臂的设计载荷F；

S2：根据公式确定所述仿生结构支臂的横截面尺寸A₁，其中[σ]为所述仿生结构支臂的容许应力；

S3：根据所述仿生结构支臂的圆环壁厚t与外径d的比值计算得到所述仿生结构支臂的薄壁柱端部直径d；

S4：确定所述仿生结构支臂的跨中直径D，通过公式计算得出；

S5：对步骤S4确定好的所述仿生结构支臂的薄壁柱进行有限元分析，得到所述仿生结构支臂的薄壁柱的稳定承载力F_u，判断是否F_u≥F，如果不满足，重复步骤S2-S5，直到满足F_u≥F，得到最终的仿生结构支臂的薄壁柱的结构尺寸。