一种双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型技术

本发明专利技术公开了一种双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型，该方法利用力的平衡原理、叠加原理和平行四边形法则，在弧形闸门开启瞬间，液压机启门力、弧形闸门自身重力、总水压力三者之间构成一个力的平衡体系，使双缸后拉式液压机作用的双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构设计模型与实际受力情况相近，有效减少了双主横梁弧门框架结构局部不满足要求的范围及薄弱部分，提高了双主横梁弧门框架结构的稳定性，有利于弧形闸门的安全可靠运行。的安全可靠运行。的安全可靠运行。

【技术实现步骤摘要】
一种双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型


[0001]本专利技术涉及水电水利工程金属结构
，具体涉及一种双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型。

技术介绍

[0002]弧形闸门是水利水电工程较常采用的一种泄洪设施，按孔口设置高程位置的不同分为露顶式和潜孔式两种，其露顶式弧形闸门通常采用双主横梁框架结构，一般采用双缸后拉式液压机操作。
[0003]对于双缸后拉式液压机作用的双主横梁弧门框架的设计，其主横梁框架由上主横梁框架和下主横梁框架组成，上主横梁框架由上主横梁与上支臂通过螺栓连接成一体，下主横梁框架由下主横梁与下支臂通过螺栓连接成一体，传统将液压机启门力F
Q
与下主横梁框架的下支臂之间的夹角α的径向分力F
Q
×
cosα作为作用在下框架的荷载，不考虑液压机启门力F
Q
对上主横梁框架的影响，而通过工程实践，弧形闸门开启过程中还受自身重力作用且启门力对上主横梁框架还是有一定的影响，故传统双主横梁框架结构设计计算方法及力学结构设计模型与实际受力情况差别较大，有时会导致框架结构因局部不满足稳定要求存在安全风险，所以，现有技术还是不够完善，有待于进一步提高。
[0004]专利号为“202210353612”的“一种用于水利水电工程的偏心支承弧形闸门”，其在满足闸门闭门力要求的前提下，可以利用水压力产生的偏心力矩有效降低闸门的启门力；此方案结构虽然起到一定省力效果，仍未全面考虑实际受力情况，结构设计不够完善。
专利技术内容
[0005]本专利技术的目的在于，提供一种双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型，该方法利用力的平衡原理、叠加原理和平行四边形法则，在弧形闸门开启瞬间，液压机启门力、弧形闸门自身重力、总水压力三者之间构成一个力的平衡体系，使双缸后拉式液压机作用的双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构设计模型与实际受力情况相近，有效减少了双主横梁弧门框架结构局部不满足要求的范围及薄弱部分，提高了双主横梁弧门框架结构的稳定性，有利于弧形闸门的安全可靠运行，且技术经济指标较优。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型，包括以下步骤：
[0007]S110、依据弧形闸门液压机纵向布置图、上主横梁框架平面布置图和下主横梁框架平面布置图得到荷载计算所用参数；
[0008]S120、依据弧形闸门液压机纵向布置图绘制出在弧形闸门启门瞬间力的作用图；
[0009]S130、以弧形闸门启门瞬间力的作用图为基础，计算出上主横梁框架所受水压力P
上
和下横梁框架所受水压力P
下
，继而求出水压力作用时，上主横梁框架单位线荷载q
上
和下主横梁框架单位线荷载q
下
，通过荷载q
上
可得出上主横梁框架的力学结构设计模型，通过荷载q
下
可得出下主横梁框架的力学结构设计模型；
[0010]S140、通过弧形闸门在液压机启门力与自身重力作用下的受力示意图，求出液压机启门力与弧形闸门自身重力的合力F
合
，继而可求出F
合
与弧形闸门承受的总水压力作用线之间的夹角；
[0011]S150、通过液压机启门力、自身重力的合力在上下主横梁框架上的荷载分配示意图，计算得出液压机启门力与弧形闸门自身重力作用时，上主横梁框架两侧承受与主横梁中和轴、支臂中心线的交点之间距离d集中荷载F
上
/2的力学结构设计模型；下主横梁框架两侧承受与主横梁中和轴、支臂中心线的交点之间距离d集中荷载F
下
/2的力学结构设计模型；
[0012]S160、根据叠加法原理，求出液压机启门力F
Q
、弧形闸门自身重力G、弧形闸门承受的总水压力P
总水
共同作用下的上主横梁框架力学结构设计模型和液压机启门力F
Q
、弧形闸门自身重力G、弧形闸门承受的总水压力P
总水
共同作用下的下主横梁框架力学结构设计模型。
[0013]前述双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型，其中所述步骤S110中得到荷载计算所用参数包括：弧形闸门弧面半径R、支铰中心至底槛高度H、上游水压高度Hs、闸门孔口宽度B、液压启闭机启门力F
Q
及液压机铰点中心的位置O、液压机启门力作用线与主横梁中和轴、支臂中心线的交点之间距离d。
[0014]前述双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型，其中所述步骤S120中弧形闸门启门瞬间力的作用图包括：包括液压机启门力F
Q
、弧形闸门自身重力G、弧形闸门承受的总水压力P
总水
及总水压力作用线位置，采用《水电工程钢闸门设计规范》(NB35055)附录D闸门荷载计算的主要公式D.0.1的续表D.0.1序号6、7、8公式,根据弧形闸门弧面半径R、支铰中心至底槛高度H、上游水压高度Hs、闸门孔口宽度B确定水平水压力P
s
、垂直水压力V
s
,继而按公式及总水压力作用线与水平线夹角为得出P
总水
、总水压力作用线位置，并绘出上主横梁框架中心线与总水压力作用线之间的夹角α、下主横梁框架中心线与总水压力作用线之间的夹角β，以及F
Q
与G之间的夹角γ、F
Q
与总水压力作用线之间的夹角φ。
[0015]前述双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型，其中所述步骤S130具体为：
[0016]S131、根据P
总水
及总水压力作用线位置、上主横梁框架中心线与总水压力作用线之间的夹角α、下主横梁框架中心线与总水压力作用线之间的夹角β，采用力的平行四边形法则得出上主横梁框架所受水压力P
上
和下横梁框架所受水压力P
下
；
[0017]也可根据三角形正弦定理求得上主横梁框架所受水压力P
上
和下横梁框架所受水压力P
下
，计算公式为：
[0018]P
上
＝P
总水
×
sinβ/sin(α+β)，
[0019]P
下
＝P
总水
×
sinα/sin(α+β)；
[0020]S132、计算上主横梁框架单位线荷载q
上
，计算公式为：
[0021]q
上
＝P
上
/B，
[0022]从而得出水压力作用时，上主横梁框架为承受均布荷载q
上
的力学结构设计模型；
[0023]S133、计算下主横梁框架单位线荷载q
下
，计算公式为：
[0024]q
下
＝P
下
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型，其特征在于，包括以下步骤：S110、依据弧形闸门液压机纵向布置图、上主横梁框架平面布置图和下主横梁框架平面布置图得到荷载计算所用参数；S120、依据弧形闸门液压机纵向布置图绘制出在弧形闸门启门瞬间力的作用图；S130、以弧形闸门启门瞬间力的作用图为基础，计算出上主横梁框架所受水压力P
上
和下横梁框架所受水压力P
下
，继而求出水压力作用时，上主横梁框架单位线荷载q
上
和下主横梁框架单位线荷载q
下
，通过荷载q
上
可得出上主横梁框架的力学结构设计模型，通过荷载q
下
可得出下主横梁框架的力学结构设计模型；S140、通过弧形闸门在液压机启门力与自身重力作用下的受力示意图，求出液压机启门力与弧形闸门自身重力的合力F
合
，继而可求出F
合
与弧形闸门承受的总水压力作用线之间的夹角；S150、通过液压机启门力、自身重力的合力在上下主横梁框架上的荷载分配示意图，计算得出液压机启门力与弧形闸门自身重力作用时，上主横梁框架为两侧承受与主横梁中和轴、支臂中心线的交点之间距离d集中荷载F
上
/2的力学结构设计模型；下主横梁框架为两侧承受与主横梁中和轴、支臂中心线的交点之间距离d集中荷载F
下
/2的力学结构设计模型；S160、根据叠加法原理，求出液压机启门力F
Q
、弧形闸门自身重力G、弧形闸门承受的总水压力P
总水
共同作用下的上主横梁框架力学结构设计模型和液压机启门力F
Q
、弧形闸门自身重力G、弧形闸门承受的总水压力P
总水
共同作用下的下主横梁框架力学结构设计模型。2.根据权利要求1所述的双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型，其特征在于，所述步骤S110中得到荷载计算所用参数包括：弧形闸门弧面半径R、支铰中心至底槛高度H、上游水压高度Hs、闸门孔口宽度B、液压启闭机启门力F
Q
及液压机铰点中心的位置O、液压机启门力作用线与主横梁中和轴、支臂中心线的交点之间距离d。3.根据权利要求2所述的双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型，其特征在于，所述步骤S120中弧形闸门启门瞬间力的作用图中包含有：液压机启门力F
Q
、弧形闸门自身重力G、弧形闸门承受的总水压力P
总水
及总水压力作用线位置，采用《水电工程钢闸门设计规范》(NB35055)附录D闸门荷载计算的主要公式D.0.1的续表D.0.1序号6、7、8公式,根据弧形闸门弧面半径R、支铰中心至底槛高度H、上游水压高度Hs、闸门孔口宽度B确定水平水压力P
s
、垂直水压力V
s
,继而按公式及总水压力作用线与水平线夹角为得出P
总水
、总水压力作用线位置，并绘出上主横梁框架中心线与总水压力作用线之间的夹角α、下主横梁框架中心线与总水压力作用线之间的夹角β，以及F
Q
与G之间的夹角γ、F
Q
与总水压力作用线之间的夹角φ。4.根据权利要求3所述的双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型，其特征在于，所述步骤S130具体为：S131、根据P
总水
及总水压力作用线位置、上主横梁框架中心线与总水压力作用线之间的夹角α、下主横梁框架中心线与总水压力作用线之间的夹角β，采用力的平行四边形法则得出上主横梁框架所受水压力P
上
和下横梁框架所受水压力P
下
；
也可根据三角形正弦定理求得上主横梁框架所受水压力P
上
和下横梁框架所受水压力P
下
，计算公式为：P
上
＝P
总水
×
sinβ/sin(α+β)，P
下
＝P
总水
×
sinα/sin(α+β)；S132、计算上主横梁框架单位线荷载q
上
，计算公式为：q
上
＝P
上
/B，从而得出水压力作用时，上主横梁框架为承受均布荷载q
上
的力学结构设计模型；S133、计算下主横梁框架单位线荷载q
下
，计算公式为：q
下
＝P
下
/B，从而得出水压力作用时，下主横梁框架为承受均布荷载q
下
的力学结构设计模型。5.根据权利要求4所述的双主横梁弧门框架结构荷载计算方法及力学结构模型，其特征在于，所述步骤S140具体为：S141、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴恩，高伟，劳海军，罗德武，
申请(专利权)人：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：