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弧形钢闸门支臂弦杆结构优化布置研究
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作者 王晨 刘亚坤 +1 位作者 张帝 曹泽 《人民黄河》 北大核心 2025年第4期145-151,共7页
基于特征屈曲分析方法理论,考虑弦杆结构材料利用率,采用数值模拟方法对无弦杆、单弦杆、双弦杆支臂稳定性进行计算,分析弦杆位置、数量和截面特性对钢闸门支臂稳定性的影响,提出弦杆结构优化布置方案,在此基础上对钢闸门支臂整体稳定... 基于特征屈曲分析方法理论,考虑弦杆结构材料利用率,采用数值模拟方法对无弦杆、单弦杆、双弦杆支臂稳定性进行计算,分析弦杆位置、数量和截面特性对钢闸门支臂稳定性的影响,提出弦杆结构优化布置方案,在此基础上对钢闸门支臂整体稳定性进行有限元分析。结果表明:对于单弦杆支臂,弦杆与支铰的距离/支臂总长度(l/m)取0.60~0.75时,支臂单位质量承载力最大;远离支铰端布置双弦杆可提高支臂单位质量承载力,但是弦杆间距不宜过大。从支臂弦杆结构尺寸分析,弦杆宽高比取值为1.4时,支臂整体稳定性较好;支臂翼缘/腹板厚度(t_3/t_4)的取值对其单位质量承载力基本无影响,布置时主要考虑使支臂满足局部稳定性即可。增加弦杆后可提升钢闸门刚度、改善应力状态,主要使支臂的最大等效应力发生变化,即单弦杆支臂比无弦杆支臂减小8.44%,双弦杆支臂比无弦杆支臂减小12.99%。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 支臂弦杆 有限元分析 单位质量承载力 优化布置
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弧形钢闸门支臂受冲击荷载的非线性动力分析
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作者 董静 白宇航 +1 位作者 裴多菲 张俊发 《水利水运工程学报》 北大核心 2025年第1期133-144,共12页
为研究水工弧形钢闸门在正常运行工况时支臂受冲击作用下的动力响应问题,预估闸门可能出现的破坏模式,以某水电站的弧形钢闸门为研究对象,采用非线性有限元方法模拟钢闸门在静水压力作用下,支臂受浮木冲击的过程,得到并分析弧形钢闸门... 为研究水工弧形钢闸门在正常运行工况时支臂受冲击作用下的动力响应问题,预估闸门可能出现的破坏模式,以某水电站的弧形钢闸门为研究对象,采用非线性有限元方法模拟钢闸门在静水压力作用下,支臂受浮木冲击的过程,得到并分析弧形钢闸门支臂不同位置受冲击时的冲击力、位移及闸门整体的变形特征。结果表明,闸门破坏过程为受冲击的支臂或其斜杆首先发生面外失稳,随后靠近失稳支臂侧的闸门向铰支座方向移动,导致另一支臂承担的水压荷载瞬间增大而被压溃,最终导致闸门整体失稳破坏。随着浮木质量和冲击能量增加,受冲击位置受到的力和位移随之增大。当冲击能量较小时,即使支臂受冲击部位应力超过钢材屈服应力,闸门仍具有一定的稳定性;闸门支臂不同部位所能承受的最大冲击能量差异较大,冲击支臂近铰支座处位置易引起闸门结构失稳破坏;堰上水头越高,闸门支臂受冲击时越容易失稳。研究结果可为闸门受冲击时的安全性和闸门较易失稳构件的评判提供参考。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 闸门支臂 动力响应 静水压力 等效应力
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纵向框架连接系对露顶式弧形钢闸门静动力特性影响分析
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作者 鲍伟 王晨 +1 位作者 刘亚坤 傅学敏 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期153-161,共9页
弧形钢闸门是水利枢纽中重要的泄水建筑物,根据事故案例发现弧形钢闸门多因支臂失稳而发生破坏,布置支臂连接系在一定程度上可以增强闸门稳定性,但目前连接系种类众多且无明确规范布置方法。以露顶式三支臂弧门为研究对象,采用CAD-CAE... 弧形钢闸门是水利枢纽中重要的泄水建筑物,根据事故案例发现弧形钢闸门多因支臂失稳而发生破坏,布置支臂连接系在一定程度上可以增强闸门稳定性,但目前连接系种类众多且无明确规范布置方法。以露顶式三支臂弧门为研究对象,采用CAD-CAE联合仿真的数值模拟方法综合探究了不同形式连接系对该闸门静动力特性的影响。结果表明:连接系的布置可以显著提高闸门刚度,改变闸门结构应力分布,降低最大应力;支臂内部腹杆和斜杆对闸门静动力特性提升效果显著,应进行优先布置;在数值模拟中支臂连接系等构件对模拟结果影响较大,采用空间有限元法对弧形闸门支臂校核时应尽量避免对支臂连接系进行过度简化。研究成果对弧形钢闸门支臂连接系布置及有限元计算具有一定参考意义。 展开更多
关键词 露顶式弧形钢闸门 支臂连接系 闸门稳定性 空间有限元法 静力分析 模态分析
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船舶撞击下弧形钢闸门的动力分析 被引量:1
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作者 张中昊 单立博 +1 位作者 汪可欣 吴谦 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1297-1304,共8页
针对撞击过程中闸门损伤的瞬时多变性等问题,本文采用有限元法模拟船舶撞击弧形钢闸门。利用ANSYS建立船与闸门的接触模型,采用LS-DYNA3D进行有限元仿真分析。研究了不同速度和船舶质量的船舶撞击力,不同工况下闸门的位移、等效应力和... 针对撞击过程中闸门损伤的瞬时多变性等问题,本文采用有限元法模拟船舶撞击弧形钢闸门。利用ANSYS建立船与闸门的接触模型,采用LS-DYNA3D进行有限元仿真分析。研究了不同速度和船舶质量的船舶撞击力,不同工况下闸门的位移、等效应力和等效塑性应变以及撞击过程中的能量特征曲线。根据闸门受力特点布置压杆,研究其对支臂的保护作用。计算结果表明:支臂和面板是受到闸门结构安全防护的重点部件,在支臂的分叉点与纵梁翼缘上均匀布置压杆,能够吸收撞击动能,减少闸门损伤。仿真模拟结果展现了船舶与弧形钢闸门碰撞全过程,为闸门的设计和制作提供了真实可靠的数据,也对现有闸门的加固提供了参考。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 有限元法 撞击力 位移 应力 弹塑性 能量 压杆
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三峡导流底孔弧形钢闸门结构应力有限元分析 被引量:5
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作者 谢小玲 苏海东 +1 位作者 陈琴 梁清宇 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2003年第6期23-26,共4页
以三峡导流底孔弧形钢闸门为研究对象,采用大型有限元软件MARC进行应力计算分析,提出了一种板壳单元应力成果整理方法,并介绍了应力转换的理论公式。针对弧形门这样的大型复杂钢结构的应力有限元分析,采用了在满足计算精度的前提下,控... 以三峡导流底孔弧形钢闸门为研究对象,采用大型有限元软件MARC进行应力计算分析,提出了一种板壳单元应力成果整理方法,并介绍了应力转换的理论公式。针对弧形门这样的大型复杂钢结构的应力有限元分析,采用了在满足计算精度的前提下,控制计算规模的方法。同时给出了门叶结构中面板和纵、横梁各构件的应力分布规律和受力特征。计算结果表明,三峡泄洪坝段导流底孔弧形钢闸门,除局部承压的角点应力较大外,各构件应力均小于钢材允许应力,满足设计要求。 展开更多
关键词 三峡工程 导流底孔 弧形钢闸门 三维有限元法 应力分析
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蒙城弧形钢闸门的三维数值分析 被引量:4
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作者 胡友安 王苗苗 +2 位作者 宋戈 徐婷 牛文宣 《水电能源科学》 北大核心 2011年第1期112-115,共4页
基于有限元分析软件ANSYS建立了蒙城船闸上游弧形钢闸门的三维数值模型,计算分析了船闸在各种工况下的闸门应力、位移挠度等静力特性,并对弧形闸门进行了模态分析,计算了闸门在不同开度下的自振频率。
关键词 弧形钢闸门 有限元 静力计算 模态分析
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弧形钢闸门主框架柱计算长度系数实用计算方法 被引量:4
7
作者 申永康 王正中 邵建华 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2006年第4期56-58,共3页
通过分析现行弧形钢闸门支臂稳定设计方法的不足,参考修订后的GB 50017—2003《钢结构设计规范》,利用能量法,选择恰当的挠曲函数,提出弧形钢闸门主框架柱计算长度系数的实用计算方法。该方法计算简单方便,物理概念明确,计算结果准确,... 通过分析现行弧形钢闸门支臂稳定设计方法的不足,参考修订后的GB 50017—2003《钢结构设计规范》,利用能量法,选择恰当的挠曲函数,提出弧形钢闸门主框架柱计算长度系数的实用计算方法。该方法计算简单方便,物理概念明确,计算结果准确,可方便工程设计。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 主框架柱 计算长度系数 门式框架
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淤泥对弧形钢闸门启门力影响的计算方法 被引量:7
8
作者 徐国宾 高仕赵 《排灌机械工程学报》 EI 北大核心 2012年第3期304-308,共5页
为了估算泥沙淤积对弧形钢闸门启门力的影响,提出了一个计算公式.该公式将门前淤泥考虑为由粗细颗粒组成的宾汉体,同时考虑了泥沙附着力的力矩、梁格中附带泥沙重力的力矩、转动铰摩阻力的力矩、止水摩擦力矩、下吸力的力矩以及闸门重... 为了估算泥沙淤积对弧形钢闸门启门力的影响,提出了一个计算公式.该公式将门前淤泥考虑为由粗细颗粒组成的宾汉体,同时考虑了泥沙附着力的力矩、梁格中附带泥沙重力的力矩、转动铰摩阻力的力矩、止水摩擦力矩、下吸力的力矩以及闸门重力和外加重力的力矩对弧形钢闸门启门力的影响.并利用该公式计算的弧形钢闸门启门力和西洱河二、四级电站泄洪闸门的实测资料进行对比得出:在门前泥沙淤积厚度较低的情况下,弧形钢闸门的启门力矩主要由闸门重力和外加重力决定,但是由泥沙引起的启门力矩变化也是不容忽视的,是导致闸门开启困难的影响因素之一,因此在设计过程中应充分考虑泥沙淤积对闸门启门力的影响,制定出合理的操作和维护方案,以防止闸门启闭困难情况的出现;该公式在计算门前有泥沙淤积情况下的启门力时,其计算精度能够满足工程实际需要. 展开更多
关键词 弧形钢闸门 启门力 泥沙淤积 宾汉体 计算方法
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拓扑优化在大型弧形钢闸门优化布置中的应用 被引量:3
9
作者 朱军祚 王正中 +2 位作者 方寒梅 孙丹霞 谌磊 《人民黄河》 CAS 北大核心 2007年第6期63-64,共2页
采用拓扑优化理论进行水工钢闸门的布置优化,得出了大型钢闸门的合理结构形式:横向框架悬臂段长度为横向主梁长度的0.22倍;纵向框架悬臂段长度为纵向主梁长度的0.39倍。为水工钢闸门的设计提供了一种理性且实用的优化布置方法。
关键词 拓扑优化 结构布置 弧形钢闸门
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弧形钢闸门主框架的动力稳定分析 被引量:5
10
作者 邱德修 朱召泉 《水利水电科技进展》 CSCD 北大核心 2006年第3期49-52,共4页
分析国内外某些低水头弧形钢闸门的失事破坏情况,指出在振动荷载作用下弧形钢闸门的支臂丧失稳定性是引起大多数闸门破坏的主要原因,据此利用B-R准则对弧形钢闸门主框架的动力稳定性进行研究,得出了几种简单荷载作用下主框架的动力稳定... 分析国内外某些低水头弧形钢闸门的失事破坏情况,指出在振动荷载作用下弧形钢闸门的支臂丧失稳定性是引起大多数闸门破坏的主要原因,据此利用B-R准则对弧形钢闸门主框架的动力稳定性进行研究,得出了几种简单荷载作用下主框架的动力稳定承载力,由此可知外荷载的类型及频率对结构的动力稳定承栽力有显著影响。此研究思路和方法可为弧形钢闸门动力稳定性的深入研究和工程应用提供参考。 展开更多
关键词 B-R准则 弧形钢闸门 闸门主框架 动力稳定性
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锈蚀对弧形钢闸门静力性能的影响分析 被引量:7
11
作者 王姣 朱振寰 胡强 《中国农村水利水电》 北大核心 2021年第11期128-135,共8页
以七一水库弧形钢闸门为研究对象,重点对闸门面板、主梁、支臂等部位进行涂层厚度检测与锈蚀检测,并分析检测结果;结合检测数据和设计图纸分别建立锈蚀前后的弧形钢闸门三维有限元模型,对锈蚀前后的弧形钢闸门静力性能进行计算,并分析... 以七一水库弧形钢闸门为研究对象,重点对闸门面板、主梁、支臂等部位进行涂层厚度检测与锈蚀检测,并分析检测结果;结合检测数据和设计图纸分别建立锈蚀前后的弧形钢闸门三维有限元模型,对锈蚀前后的弧形钢闸门静力性能进行计算,并分析模拟各构件不同锈蚀深度情况下对弧形钢闸门静力性能的影响。分析结果可知:锈蚀对弧形钢闸门面板、主梁、支臂等构件的应力分布影响十分有限,但会增大相应构件的应力值;锈蚀对钢闸门静力性能的影响主要体现为承载力降低,对刚度的影响较小;特定部位的锈蚀会对弧形钢闸门各个构件的强度都造成不同程度的削弱;锈蚀程度的加深将加速闸门构件强度的降低。 展开更多
关键词 锈蚀 弧形钢闸门 静力性能 影响分析
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弧形钢闸门的动力稳定分析 被引量:4
12
作者 谌磊 王正中 庞金城 《人民黄河》 CAS 北大核心 2006年第7期53-54,56,共3页
分析了引起弧形闸门振动和破坏的原因,指出低水头弧形闸门在动水压力荷载作用下的失事往往由支臂杆的动力失稳引起,应该特别注意弧形闸门支臂杆的动力稳定性问题。给出了支臂杆的计算模型,讨论了其简化模型的合理性。以斜支臂框架为例,... 分析了引起弧形闸门振动和破坏的原因,指出低水头弧形闸门在动水压力荷载作用下的失事往往由支臂杆的动力失稳引起,应该特别注意弧形闸门支臂杆的动力稳定性问题。给出了支臂杆的计算模型,讨论了其简化模型的合理性。以斜支臂框架为例,对两端铰结、一端作用有弯矩的斜杆进行了动力稳定分析。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 动力稳定性 闸门振动 动力特性 阻尼
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腐蚀对弧形钢闸门动力特性的影响分析 被引量:4
13
作者 黄勇 谭大基 《中国农村水利水电》 北大核心 2015年第8期158-162,共5页
基于流固耦合数值模拟相关理论与方法,利用有限元软件ANSYS12.0,构建了水流-闸门耦合分析的动力计算模型;结合ANSYS的声场分析功能及谐波声场分析准则,计算了各种腐蚀工况下闸门的自振频率并进行了模态扩展,探讨了腐蚀位置、蚀余厚度、... 基于流固耦合数值模拟相关理论与方法,利用有限元软件ANSYS12.0,构建了水流-闸门耦合分析的动力计算模型;结合ANSYS的声场分析功能及谐波声场分析准则,计算了各种腐蚀工况下闸门的自振频率并进行了模态扩展,探讨了腐蚀位置、蚀余厚度、腐蚀面积对弧形钢闸门自振频率及其振型形式的影响。动力计算成果分析表明:当面板腐蚀的位置在闸门顶端,或蚀余厚度≤5mm(5、4mm)时,对弧形钢闸门自振频率的影响相对比较明显;腐蚀工况下弧形钢闸门的自振频率偏低,若水流频率偏低时,可能产生共振现象,影响闸门的安全运行。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 腐蚀 流固耦合 动力分析
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用层次分析法对弧形钢闸门主框架可靠性评估 被引量:3
14
作者 周建方 李典庆 《水运工程》 北大核心 2002年第7期13-16,共4页
基于可靠性原理 ,对弧形钢闸门主框架结构的失效模式进行了分析 ,确定了弧门主框架体系可靠性分析模型 ,对弧形钢闸门主框架结构荷载及抗力作了统计分析 。
关键词 可靠性评估 弧形钢闸门 主框架 层次分析法 校准法 统计分析
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弧形钢闸门主框架的稳定性 被引量:1
15
作者 余卫华 王正中 王志刚 《人民长江》 北大核心 2008年第6期62-63,70,共3页
根据现行SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》对弧形钢闸门主框架构造的要求及GB50017-2003《钢结构设计规范》的规定,提出弧形钢闸门主横梁门式框架的屈曲模态为弱支撑框架有限侧移反对称屈曲,通过对主横梁门式框架计算简图的分析,... 根据现行SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》对弧形钢闸门主框架构造的要求及GB50017-2003《钢结构设计规范》的规定,提出弧形钢闸门主横梁门式框架的屈曲模态为弱支撑框架有限侧移反对称屈曲,通过对主横梁门式框架计算简图的分析,利用转角位移法,提出了弧形钢闸门主框架柱的计算长度系数的精确公式。由于此弧形钢闸门框架柱计算长度系数的精确公式是超越方程,不便于求解,针对此问题,考虑了临界荷载与支撑刚度的关系,从而又进一步提出了弧形钢闸门框架柱计算长度系数近似计算公式。研究结果表明,推导的计算弧形钢闸门主框架柱的计算长度系数的近似公式计算简捷方便,在一定的侧向支撑刚度范围内精度较高,可供工程实际应用。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 主框架柱 计算长度系数 门式框架
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关于大中型弧形钢闸门合理结构布置及计算图式的探讨 被引量:11
16
作者 王正中 《人民长江》 北大核心 1995年第1期54-59,共6页
我国水利水电工程钢闸门设计规范中对于弧形钢闸门的结构布置原则及计算图式,经实践检验存在如下不足之处:简单地按平面主框架计算图式进行计算,未能反映弧形闸门空间整体结构的空间效应;现有的结构布置原则不尽合理,使主要构件受... 我国水利水电工程钢闸门设计规范中对于弧形钢闸门的结构布置原则及计算图式,经实践检验存在如下不足之处:简单地按平面主框架计算图式进行计算,未能反映弧形闸门空间整体结构的空间效应;现有的结构布置原则不尽合理,使主要构件受力复杂化。为此提出了合理的弧形钢闸门布置原则及计算图式,以适应闸门空间整体结构特性。具体布置原则为:主梁布置宜采用并字架结构,4根支臂直接交承在主梁的4个交叉点上;纵、横向主梁的悬臂长度应以其支座处截面转角为零予以确定,从而使主梁不发生扭转变形,支臂在竖向及横向平面内均不承受弯矩,只承受轴向力。文中并就纵、横向主梁的合理悬臂长度等问题进行了研讨。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 布置 结构计算 结构分析
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弧形钢闸门流固耦合自振特性分析 被引量:12
17
作者 邱德修 朱召泉 邱琳 《广东水利水电》 2010年第1期10-12,共3页
为了使设计的闸门自振频率远离水流的高能脉动主频率段,以保证闸门的安全,采用三维有限元的数值方法,考虑流固耦合作用,得出了弧形钢闸门在不同开度下的自振频率和振型模态特性。计算结果表明:水体对闸门的影响总趋势是使其自振频率降... 为了使设计的闸门自振频率远离水流的高能脉动主频率段,以保证闸门的安全,采用三维有限元的数值方法,考虑流固耦合作用,得出了弧形钢闸门在不同开度下的自振频率和振型模态特性。计算结果表明:水体对闸门的影响总趋势是使其自振频率降低、振动模态发生变化;闸门的自振频率随着开度非线性变化。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 自振特性 流固耦合
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弧形钢闸门改造设计要点浅论—以怀柔水库西溢洪道闸为例 被引量:7
18
作者 丁峰 关金良 刘月刚 《水利规划与设计》 2014年第9期86-89,共4页
弧形钢闸门是常见的闸门型式之一。近年来北京地区针对弧形钢闸门的改造设计工程较多,为梳理改造设计中的设计要点。本文以怀柔水库西溢洪道闸为例,详细阐述了弧形钢闸门改造设计过程中的主框架、支铰、止水和启闭机选型设计,经改造设... 弧形钢闸门是常见的闸门型式之一。近年来北京地区针对弧形钢闸门的改造设计工程较多,为梳理改造设计中的设计要点。本文以怀柔水库西溢洪道闸为例,详细阐述了弧形钢闸门改造设计过程中的主框架、支铰、止水和启闭机选型设计,经改造设计后的闸门系统运行状况良好,可为同类工程提供参考。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 改造 设计要点
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拉浪水电站弧形钢闸门检测计算及粘钢加固 被引量:2
19
作者 刘小明 侯发亮 《水力发电》 北大核心 2003年第9期48-50,61,共4页
拉浪水电站溢流坝段露顶弧形钢闸门的主梁、纵隔板、支臂的应力值都超过了允许应力,需要加固处理。加固方案采用"点焊灌胶粘钢法"。该方法是先在粘贴的钢板周边与原钢板点焊,并用YZJ 1结构胶密封,预设灌胶嘴及排气孔,然后用0 ... 拉浪水电站溢流坝段露顶弧形钢闸门的主梁、纵隔板、支臂的应力值都超过了允许应力,需要加固处理。加固方案采用"点焊灌胶粘钢法"。该方法是先在粘贴的钢板周边与原钢板点焊,并用YZJ 1结构胶密封,预设灌胶嘴及排气孔,然后用0 3MPa的压力向粘钢与原钢板之间预留的1~2mm的间缝中灌注YZJ 3胶,待72h固化即可受力使用。新老钢板粘结密实度达100%,加固后实测应力降幅都在50%左右,满足了应力要求。"点焊灌胶粘钢法"是一创新,通过在拉浪水电站弧门加固的大量实测结果证明,该方法可靠并可保持结构不变形。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 检测 计算 加固 拉浪水电站
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大型弧形钢闸门更换施工技术探讨 被引量:4
20
作者 刘媛媛 万泉 《水利建设与管理》 2017年第6期15-18,共4页
弧形钢闸门是水闸建设中采用较多的门型之一。它具有闸门启门力小、运行速度较快、操作灵活、运转安全等优点,是众多闸门中最为经济的一种门型,在五六十年代被广泛应用。本文对芒稻闸弧形钢闸门更换的制作、安装施工技术进行整理和探讨... 弧形钢闸门是水闸建设中采用较多的门型之一。它具有闸门启门力小、运行速度较快、操作灵活、运转安全等优点,是众多闸门中最为经济的一种门型,在五六十年代被广泛应用。本文对芒稻闸弧形钢闸门更换的制作、安装施工技术进行整理和探讨,可为类似工程提供借鉴。 展开更多
关键词 弧形钢闸门 加固改造 施工技术
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