专利名称：水工闸门水弹性相似模型的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水工闸门水弹性相似模型，属于水工结构流激振动模拟试验技术范围，具体地说是预报原形的震动状态和震动危害的模型。
背景技术：
在水力水电工程中水工闸门有及其广泛的应用。它是泄洪，发电，航运，供水等工程中的控制性水工结构件，在运行中受水流脉动压力作用往往产生振动。这种振动称为水弹性振动，是水动力与闸门结构弹性的耦合振动，振动严重时会影响其安全运行，甚至造成工程失事。因此，工程界对闸门的流激振动问题一直十分重视，进行过广泛的研究。20世纪60年代以前，研究闸门的流激振动都采用刚性闸门模型，主要从水动力特性方面研究。60年代以后，国际上开始采用弹性闸门模型，用PVC材料或有机玻璃制造变态闸门模型研究闸门流激振动，即通过增加板厚和在模型上粘贴附加质量使模型近似满足弹性相似和质量相似。20世纪90年代，我们研制出水弹性材料，这种材料的弹性模量为闸门钢的几何比尺分之一，容重与钢相同。
发明内容
本实用新型的目的就是提供一种用水弹性材料制造的水工闸门水弹性相似模型。模型在完全满足弹性相似和质量分布相似的前提下，对各种水工闸门的共性进行抽象，设计出具有通用性的典型结构，对于个例，只作尺寸比例的改变，就能够可靠预报水工闸门的水弹性振动特性，包括动静应力、振动频率、振动加速度等，并得到原型验证。
本实用新型的技术方案本实用新型的水工闸门水弹性相似模型，包括门页结构、V字型支臂、支铰，门页结构是正圆弧截面的瓦状体，门页结构包括正圆弧形外门页板，在外门页板内侧面上有沿弧面方向的多条主纵梁平行排列，主纵梁分两组对称排列在外门页板内侧两旁，两组主纵梁中间是对接纵梁；主纵梁之间，主纵梁与对接纵梁之间有多排横隔板，主纵梁和对接纵梁两端有横梁，构成梁格结构；两组主纵梁上有固定支臂的纵向内门页板，与主纵梁构成∏型主承力梁；两个同样的V字形支臂沿圆弧方向并排固定在这两条∏型主承力梁上，V字型支臂的顶角部位是支铰，门页结构上侧有吊耳。
所述的种水工闸门水弹性相似模型，V字型支臂长度是正圆弧形外门页圆弧的半径减去门页结构的厚度，支铰轴孔位于圆心。
所述的种水工闸门水弹性相似模型，主纵梁和对接纵梁之间梁格上也固定有横向内门页板。
所述的种水工闸门水弹性相似模型，在外门页板内侧面上主纵梁两侧有起局部加强作用的小纵梁。
所述的种水工闸门水弹性相似模型，在V字形支臂两臂之间有工字梁连接。
所述的种水工闸门水弹性相似模型，在两个V字形支臂之间有连接板。
本实用新型的优点通过制作三峡大坝导流底孔1/20全水弹性闸门模型进行动力特性试验、在按重力相似原理设计的相同几何比尺的水力学模型上进行流激振动试验。另外在工程现场对原型闸门采用实验模态分析，验证了模型与原型的相似性；对原型闸门在与模型十分相近的运行条件下进行振动观测，闸门振动加速度的原型观测成果与模型预报的成果相当接近；模型预报的闸门支臂动应力与原型实测值都比较小，属同一量级。
图1是本实用新型的总体结构示意图；图2是沿一个支臂纵向剖视图；图3是沿两支臂的一侧臂纵向剖视图；图4、图5是门页结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的水工闸门水弹性相似模型结构进一步说明由图1图中的1指门页结构，2为V字型支臂、3是支铰、4为吊耳。
由图2、图3所示门页结构1包括正圆弧形外门页板1-1，在外门页板内侧面上有沿弧面方向的多条主纵梁1-2平行排列，纵向内门页板1-6与主纵梁1-2构成∏型主承力梁；两个同样的V字形支臂2沿圆弧方向并排固定在这两条∏型主承力梁上，两组主纵梁中间是对接纵梁1-3，V字型支臂2的顶角部位是支铰3。主纵梁之间、主纵梁与对接纵梁之间有多排横隔板1-4，1-5是两端有横梁。主纵梁和对接纵梁之间梁格上固定有横向内门页板1-7。在外门页板1-1内侧面上主纵梁1-2两侧有小纵梁1-8起局部加强作用，当门页较宽时，在两组主纵梁中间加一组小纵梁1-8；1-9、1-10是门页两侧小纵梁1-8与主纵梁1-2之间的连接肋板；V字形支臂两臂之间有工字梁2-1刚性连接，两个V字形支臂之间有连接板2-2作为验证用，可定性考核两支臂受力状态；当两个支臂在同一时刻往相反方向有很大的位移时，连接板2-2被拉开，将提示原形应在两个V字形支臂之间加固。V字型支臂2长度是正圆弧形门页1的圆弧的半径减去门页结构的厚度，支铰3的轴孔位于圆心。
图4、图5是门页结构示意图门页结构是正圆弧截面的瓦状体，门页结构包括正圆弧形外门页板1-1，在外门页板内侧面上有沿弧面方向的多条主纵梁1-2平行排列，主纵梁分两组对称排列在外门页板内侧面两旁，两组主纵梁中间是对接纵梁1-3；主纵梁之间、主纵梁与对接纵梁之间有多排横隔板1-4，主纵梁和对接纵梁两端有横梁1-5，构成梁格结构；两组主纵梁上有固定支臂的纵向内门页板1-6；1-7是主纵梁和对接纵梁之间梁格上的横向内门页板；1-8是小纵梁；1-9、1-10是门页两侧小纵梁1-8与主纵梁1-2之间的连接肋板。4是吊耳。
闸门启闭时以支铰为圆心支铰中心到门页为半径作圆弧运动。门页结构所受水流作用力都通过门页主要结构传递到支臂，门页结构包括支臂系统所受的力都是由支臂传递到支铰部分的向心力。
本实用新型是对三峡深孔弧形闸门、三峡船闸进水口反弧门和水布垭、锦屏、狮子坪、龙滩等水电站的弧形闸门等典型进行抽象，找出力学性能较好的全水弹性模型的共性而设计的。需要预报振动参数的关键部位可安装相应的物理传感器，通过二次仪表、DASP软件即可记录原始物理信号。
权利要求1.一种水工闸门水弹性相似模型，包括门页结构、V字型支臂、支铰，其特征在于门页结构是正圆弧截面的瓦状体，门页结构包括正圆弧形外门页板，在外门页板内侧面上有沿弧面方向的主纵梁平行排列，主纵梁分两组对称排列在外门页板内侧两旁，两组主纵梁中间是对接纵梁；主纵梁之间，主纵梁与对接纵梁之间有多排横隔板，主纵梁和对接纵梁两端有横梁，构成梁格结构；两组主纵梁上有固定支臂的纵向内门页板，与主纵梁构成∏型主承力梁；两个同样的V字形支臂沿圆弧方向并排固定在这两条∏型主承力梁上，V字型支臂的顶角部位是支铰，门页结构上侧有吊耳。
2.根据权利要求1所述的种水工闸门水弹性相似模型，其特征在于V字型支臂长度是正圆弧形外门页圆弧的半径减去门页结构的厚度，支铰轴孔位于圆心。
3.根据权利要求1或2所述的种水工闸门水弹性相似模型，其特征在于主纵梁和对接纵梁之间梁格上也固定有横向内门页板，与对接纵梁构成T型梁。
4.根据权利要求1或2所述的种水工闸门水弹性相似模型，其特征在于在外门页板内侧面上主纵梁两侧有起局部加强作用的小纵梁。
5.根据权利要求1或2所述的种水工闸门水弹性相似模型，其特征在于在V字形支臂两臂之间有工字梁连接。
6.根据权利要求1或2所述的种水工闸门水弹性相似模型，其特征在于在两个V字形支臂之间有连接板。
专利摘要本实用新型提供一种水工闸门水弹性相似模型，包括门页结构、V字型支臂、支铰，其门页结构是正圆弧截面的瓦状体，门页结构包括正圆弧形外门页板，在外门页板内侧面上有沿弧面方向的多条主纵梁平行排列，其中中间一条或一对，两旁对称排列两组主纵梁，主纵梁之间有多排横隔板，主纵梁两端有横梁，构成梁格结构；梁格上有固定支臂的内门页板，内门页板与主纵梁构成∏型主纵梁；两个同样的V字形支臂沿圆弧方向并排固定在这两条∏型主纵梁上，V字型支臂的顶角部位是支铰，门页结构上侧有吊耳。其V字型支臂长度是正圆弧形门页的圆弧的半径，支铰轴孔位于圆心。
文档编号G09B25/00GK2859705SQ200520098570
公开日2007年1月17日 申请日期2005年11月3日 优先权日2005年11月3日
发明者曹晓丽, 张林让, 吴杰芳, 陈玲玲, 李声平, 杨小利 申请人:曹晓丽, 张林让