橫拉閘門吊桿及頂推裝置使用應(yīng)力的研究

杭 鷹

（江蘇省交通工程集團(tuán)百潤工程檢測有限公司，江蘇鎮(zhèn)江 212000）

1 工程概況

施橋一號(hào)船閘位于揚(yáng)州市邗江區(qū)施橋鎮(zhèn)，建成于1961年10月，船閘基本尺寸為230 m×20 m×5 m，設(shè)計(jì)通過能力為2 100 萬t，上、下游閘門均為鋼質(zhì)橫拉閘門。

施橋船閘2005年更換了下游閘門，門型尺寸為21.0 m×14.05 m×3.774 m，總重165.6 t，浮箱產(chǎn)生的浮力56.0 t，門在水中凈重109.6 t。閘門分別設(shè)有頂、底平車，閘門門體頂部通過推拉系統(tǒng)、吊桿系統(tǒng)與頂平車連接，底部支承在底平車上。門體運(yùn)行時(shí)通過頂平車的傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)閘門做開、關(guān)門的往返運(yùn)動(dòng)，保證船舶的過閘需要。

據(jù)船閘管理部門反映，下游閘門在運(yùn)行過程中出現(xiàn)某一水深情況下，閘門偏位，關(guān)門時(shí)入槽困難，為了解閘門入槽位置與水深、頂推裝置處應(yīng)力、閘門頂平車吊桿處應(yīng)力間的相互關(guān)系，確定合適的閘門調(diào)整方案，對(duì)下游閘門相關(guān)部位處應(yīng)力進(jìn)行了測試研究。

本次研究采用電測法，測試設(shè)備為南京葛南實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的VWSB型振弦式鋼板（應(yīng)變）計(jì)和VW-102A型振弦讀數(shù)儀。試驗(yàn)前，根據(jù)測點(diǎn)布置位置，按葛南實(shí)業(yè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)安裝夾具，布置測點(diǎn)及信號(hào)傳輸電纜，并將各測點(diǎn)信號(hào)傳輸電纜接入接線箱，檢測時(shí)將接線箱與讀數(shù)儀連接，讀取各種狀態(tài)下的微應(yīng)變，按有關(guān)公式計(jì)算應(yīng)力。測點(diǎn)布置施橋一號(hào)下游閘門測點(diǎn)布置在吊桿上游側(cè)（門庫端、門頭端）各一點(diǎn)，下游側(cè)（門庫端、門頭端）各一點(diǎn)，上游側(cè)頂推裝置頂面、底面各一點(diǎn)，下游側(cè)頂推裝置頂面、底面各一點(diǎn)，共布置8處測點(diǎn)。

上、下游側(cè)吊桿傳感器安裝示意圖如圖1所示，上、下游側(cè)吊桿傳感器安裝示意圖如圖2所示。

圖1 上、下游側(cè)吊桿傳感器安裝示意圖

圖2 上、下游頂推裝置傳感器安裝示意圖

2 應(yīng)力計(jì)算

閘門吊桿應(yīng)力計(jì)算：設(shè)閘門吊力為F，力臂為M，閘門重力為G，力臂為L，以底平車為支承，根據(jù)力矩平衡，F(xiàn)=472.4 kN，單根吊桿受力為F/2=236.2 kN。

現(xiàn)場測試時(shí)，根據(jù)受力分析，使吊桿不受力，單只油頂受力f=253.8 kN。

配合單位實(shí)際頂門時(shí)，使用兩只50 t油頂操作，滿足相關(guān)要求。查看設(shè)計(jì)資料，安裝應(yīng)變計(jì)的Ⅱ型吊桿斷面尺寸為100 mm×80 mm，吊桿應(yīng)力為29.5 MPa。

3 測試內(nèi)容

在下閘首上架設(shè)水準(zhǔn)儀，在下游閘門門頭端上、下游側(cè)固定位置放置標(biāo)尺測讀閘門開、關(guān)門過程中門頭的跳動(dòng)量，并記錄。

關(guān)閉上游閘、閥門，開啟下游閥門，使閘室處于下游平水位狀態(tài)，閘門運(yùn)行至接近關(guān)門位置，將鐵墩及油頂?shù)踔灵T庫閥門輸水門洞口處→潛水員水下將鐵墩移至閘門底橫梁處（門庫端）→頂高閘門門尾→吊桿處于自由狀態(tài)→安裝應(yīng)力計(jì)（同時(shí)安裝推拉座處應(yīng)力計(jì)）→拆除門尾油頂→吊桿處于受力狀態(tài)→檢測應(yīng)力→運(yùn)行閘門→觀察閘門運(yùn)行情況→記錄開關(guān)門過程不同位置（間距1.0 m）檢測處桿件應(yīng)變→計(jì)算桿件應(yīng)力。

每次測試時(shí)，閘門開關(guān)8次，觀察閘門運(yùn)行狀況，查看閘門頂側(cè)滾輪與側(cè)軌板間隙及閘門運(yùn)行軌跡，測讀閘門門頭的跳動(dòng)量，做好記錄。

本檢測根據(jù)水位情況分三次進(jìn)行：

2011年11月8日進(jìn)行首次檢測：船閘下游水位▽2.20 m（底檻高程▽-5.40 m）。2012年1月8日進(jìn)行第二次檢測：船閘下游水位為▽1.50 m。2012年8月22日進(jìn)行第三次檢測：船閘下游水位為▽5.00 m。

2011年11月8日進(jìn)行現(xiàn)場測試時(shí)，拆除頂門油頂（初始狀態(tài)）。上游側(cè)吊桿：門頭側(cè)應(yīng)力為27.3 MPa，門庫側(cè)應(yīng)力為15.3 MPa，平均應(yīng)力為21.3 MPa。下游側(cè)吊桿：門頭側(cè)應(yīng)力43.6 MPa，門庫側(cè)應(yīng)力10.9 MPa，平均27.3 MPa。兩側(cè)吊桿應(yīng)力不均勻，均未達(dá)到吊桿計(jì)算應(yīng)力。各次運(yùn)行過程中應(yīng)力曲線如圖3～圖8所示。

圖3 2011年11月8日開門各測點(diǎn)運(yùn)行過程應(yīng)力變化曲線

圖4 2012年1月8日開門各測點(diǎn)運(yùn)行過程應(yīng)力變化曲線

圖5 2012年8月22日開門各測點(diǎn)運(yùn)行過程門頭應(yīng)力變化曲線

圖6 2012年11月8日開門各測點(diǎn)運(yùn)行過程門頭應(yīng)力變化曲線

圖7 2012年11月8日開門各測點(diǎn)運(yùn)行過程門庫應(yīng)力變化曲線

圖8 2012年8月22日開門各測點(diǎn)運(yùn)行過程門庫應(yīng)力變化曲線

4 結(jié)語

吊桿應(yīng)力：三次測試應(yīng)力時(shí)的水深分別為7.6、6.9、10.4 m，吊桿應(yīng)力測點(diǎn)沿閘門縱軸線前后布置，從測試結(jié)果看，閘門吊桿應(yīng)力變化趨勢與門體淹沒水深沒有直接關(guān)系，閘門在運(yùn)行過程中，隨著開度變化門體重心越來越向下游偏移。

門頭跳動(dòng)量：門體運(yùn)行過程中，門頭測點(diǎn)高程隨著開度越來越高，開關(guān)位置最大相差（跳動(dòng)量）2 mm。

頂推裝置應(yīng)力：由于頂平車與門體采用柔性連接，開門拉力由柔性錨鏈承受，只能測試關(guān)門壓應(yīng)力。推拉座應(yīng)力變化趨勢與門體淹沒水深沒有直接關(guān)系，閘門上游側(cè)推桿在關(guān)門時(shí)受力小，下游側(cè)推桿關(guān)門時(shí)不受力。從橫拉門設(shè)計(jì)模型，閘門淹沒水深只與閘門抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算有關(guān)，淹沒水深與吊桿應(yīng)力變化沒有直接關(guān)系，與測試結(jié)論相吻合。

由于閘門為慢速運(yùn)行，門端防撞板開有泄水孔，運(yùn)行過程中水阻較小，且閘門運(yùn)行過程為滾動(dòng)摩擦。推桿沒有起到應(yīng)有的作用，門體的水平推力可能由吊桿的剪應(yīng)力承受，對(duì)吊桿受力不利。

為了深入研究橫拉門吊桿應(yīng)力，建議在船閘抽水大修，更換閘門吊桿時(shí)，應(yīng)將應(yīng)力測試裝置預(yù)先埋設(shè)在吊桿上，確保吊桿初始應(yīng)力“零”狀態(tài)。由于橫拉門結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，調(diào)試閘門運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)以上、下游側(cè)吊桿應(yīng)力相等為準(zhǔn)，在門頭設(shè)置傾角儀。在以后的運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)在線觀測，建立門體運(yùn)行狀態(tài)與吊桿應(yīng)力相關(guān)關(guān)系，深入研究橫拉門的運(yùn)行軌跡，為類似門型的健康運(yùn)行分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。