鳳灘水電站鋼閘門檢測和安全鑒定

吳佩蘭 謝素云 吳靜

摘要：指出了水工鋼閘門運行狀況直接影響到工程的適用性、安全性和耐久性，需定期對水工鋼閘門進行科學的抽樣檢測和安全鑒定。對鳳灘水電站鋼閘門進行了檢測和安全鏊定，通過有限元對閘門進行的三維有限元強度和剛度復核，確定了該閘門滿足規范要求，可繼續使用。

關鍵詞：水工鋼閘門;檢測;三維有限元計算

中圖分類號：TV34 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）18-0188-02

1引言

水工鋼閘門為水工建筑物的主要擋水結構，由于現行《水利水電工程鋼閘門設計規范》采用容許應力方法進行結構驗算，不具有“設計使用壽命”的概念;服役期閘門結構多處于潮濕或干濕交替的環境中，惡劣的周邊環境對材料性能的侵蝕較為嚴重;閘門結構表面積相對較大，難以全部得到完整有效的保護，所以對在役期的水工鋼閘門進行科學合理地抽樣檢測和安全鑒定極為重要，否則閘門的失事將嚴重影響整個水利樞紐建筑物的安全。本文對鳳灘水電站鋼閘門的檢測數據進行分析，同時通過大型有限元軟件ANASYS對閘門進行三維有限元強度和剛度復核。

鳳灘水電廠位于湖南省沅水主要支流酉水下游，壩址控制流域面積1.75萬km²，平均流量504m³/s，正常高水位205m，相應庫容13.9億m³，為季調節水庫，總裝機容量40萬kW。大壩為空腹重力拱壩，共設有13孔溢洪道，溢流壩的堰頂高程為193m，每孔溢洪道設一道表孔弧形工作閘門。鳳灘水電廠水利樞紐的金屬結構已使用多年。

對鳳灘水電廠水工金屬結構進行安全檢測與復核。為了解當前金屬結構擋水運行狀態下的工作特性，擬對閘門進行結構完整性檢查和相應的理論計算。

2檢測工藝

本項目主要采用HS510數字式超聲波探測儀測量閘門面板、梁腹板的厚度，用游標卡尺測量了梁翼緣的厚度。根據《水工鋼閘門和啟閉機安全檢測技術規程》（SLl01-94）的要求，厚度測量對閘門各構件的腐蝕較重和腐蝕較輕的部位均進行了厚度檢測。后續的有限元分析所采用的鋼閘門尺寸數據均采用檢測所得數據。

3閘門三維有限元分析

閘門為弧形門，孔口尺寸14m，外弧半徑16m。靜力擋水時閘門由斜支臂和底檻支撐。設計水頭為13.134m。閘門材料彈性模量E=206000MPa，泊松比為0.3。密度為7850kg/m²。

由于閘門是對稱結構，計算時，取其一半，加對稱邊界條件進行計算。閘門正常擋水時，面板兩側自由，閘門由閘門底檻支承和斜支臂支撐。靜力荷載為閘門自重和校核水壓力作用，水壓力呈三角形分布。水壓力按下式計算：水頭按各段中點計算。p=水頭（mm）×1（t/m³）=水頭×9.8×10^-6（MPa）。

為了更好的分析閘門各部分在水壓力作用下沿下游的位移，現取出閘門面板、主橫梁和隔板在設計水壓力下沿順水流方向的位移分布圖進行分析，所有的位移都是相對于支鉸處的位移，發現閘門面板的位移最大。閘門面板順水流方向位移見圖1。在設計水壓力和自重作用下，面板板格中間處的位移值普遍大于板格四周的位移值，在兩主橫梁中間處的面板位移值大于其它部位的位移值。面板的位移從對稱面位置處分別向邊柱兩邊逐漸減小，最大的位移值出現在兩主梁之間靠近對稱面處，值為19.740mm。

分別提取閘門面板、主橫梁、隔板Mises應力，發現隔板與主橫梁相交且靠近面板的部位Mises應力值較大，其它部位的Mises應力值較小，最大Mises應力值發生在下主橫梁與第二塊隔板相交的部位，最大值是267.974MPa，見圖2。

4結語

通過對鳳灘水電站某鋼閘門的檢測和安全鑒定工作，得到如下結論。

（1）通過對閘門實際厚度的檢測，得出了閘門的平均腐蝕量和蝕余厚度，滿足規范要求。

（2）根據實測結果，通過ANASYS計算了鋼閘門各構件在順水流方向的變形和Mises應力，得到了各構件的變形圖和Mises應力圖，均滿足規范要求，閘門可繼續使用。