某攔河閘鋼閘門采用露頂式平面定輪鋼閘門，孔口尺寸為9.60m*6.00m（寬*高），單扇鋼閘門重35t，設(shè)計(jì)水頭為5.50m，堰頂高程為30.50m，孔口數(shù)量22孔，閘門數(shù)量22扇，從左岸至右岸依次編號(hào)為1號(hào)、2號(hào)、......、22號(hào)。根據(jù)要求對(duì)攔河閘鋼閘門定期進(jìn)行安全檢測(cè)。
本文選擇21號(hào)鋼閘門作為試件，采用電測(cè)法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜應(yīng)力測(cè)試和動(dòng)應(yīng)力測(cè)試，采用聚航科技生產(chǎn)的應(yīng)變儀。
首先根據(jù)閘門結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算應(yīng)力分析結(jié)果，確定閘門構(gòu)件的測(cè)點(diǎn)位置，然后對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行打磨、清洗、定位、貼片、焊線、密封絕緣、引線、聯(lián)機(jī)并調(diào)零，最后采集測(cè)試數(shù)據(jù)?？紤]溫度的影響，在檢測(cè)過程中設(shè)置了溫度補(bǔ)償片。
結(jié)構(gòu)靜應(yīng)力測(cè)試與分析
采用JHDJ動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變儀實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、記錄和計(jì)算。
測(cè)點(diǎn)布置
測(cè)點(diǎn)位置應(yīng)選擇在應(yīng)力最大、受力最復(fù)雜的部位。
選擇21號(hào)鋼閘門進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜應(yīng)力測(cè)試。根據(jù)閘門各構(gòu)件的受力特點(diǎn)，在21號(hào)鋼閘門各主要受力構(gòu)件上共布置了21個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中有4個(gè)三向測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)分別布置在面板、主橫梁后翼緣、縱梁后翼緣、主橫梁腹板、縱梁腹板和邊梁后翼緣上。
檢測(cè)工況
對(duì)21號(hào)鋼閘門進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試時(shí)，上游水位為35.95m，閘門下游無水，堰頂高程為30.50m，閘門的作用水頭為3.45m，設(shè)計(jì)水頭為5.50m。
檢測(cè)結(jié)果分析
根據(jù)鋼閘門單向測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力數(shù)據(jù)和鋼閘門三向測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力數(shù)據(jù)可知；所測(cè)面板的最大剪應(yīng)力為28.1MPa，最大折算應(yīng)力為48.5MPa；所測(cè)主橫梁后翼緣的跨中正應(yīng)力為拉應(yīng)力，最大拉應(yīng)力為100.9MPa，出現(xiàn)在1號(hào)主橫梁上；所測(cè)邊梁后翼緣正應(yīng)力為壓應(yīng)力，最大壓應(yīng)力為-13.0MPa；所測(cè)主橫梁腹板的剪應(yīng)力為13.4MPa，最大折算應(yīng)力為23.2MPa；所測(cè)縱梁腹板的剪應(yīng)力為3.1MPa，最大折算應(yīng)力為5.4MPa。
容許應(yīng)力
閘門主要構(gòu)件材料為Q235A（普通碳鋼，A級(jí)）。面板、主橫梁和縱梁的鋼板厚度均不大于16mm，屬鋼材尺寸分組的第1組，其材料的容許應(yīng)力為[σ]=160MPa，[T]=95MPa。根據(jù)《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，對(duì)于大中型工程的鋼閘門，材料的容許應(yīng)力應(yīng)乘以0.90-0.95的使用年限修正系數(shù)（該工程各閘門使用年限短，取0.95），故閘門主要構(gòu)件的材料容許應(yīng)力為[σ]’=0.95*160MPa=152.0MPa，[T]’=0.95*95MPa=90.3MPa。
由強(qiáng)度條件可知，單向測(cè)點(diǎn)強(qiáng)度復(fù)合條件為σ≤[σ]’。
三向測(cè)點(diǎn)強(qiáng)度復(fù)合條件如下：
A. 主橫梁σ≤[σ]’，T≤[T]’。
B. 對(duì)于同時(shí)受較大正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用的腹板，σzh≤1.1[σ]’=1.1*152.0MPa=167.2MPa。
C. 面板σzh≤1.1α[σ]’，其中α為彈塑性調(diào)整系數(shù)（α=1.5）則1.1α[σ]’=1.1*1.5*152.0MPa=250.8MPa。
應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果分析
面板
在實(shí)測(cè)水位（接近設(shè)計(jì)水位）下，21號(hào)鋼閘門面板剪應(yīng)力均較小，最大剪應(yīng)力為28.1MPa，小于容許剪應(yīng)力；面板最大折算應(yīng)力為48.5MPa，小于材料的折算應(yīng)力容許值（1.1α[σ]’=250.8MPa）.
主橫梁
A. 在同一根主橫梁上，主橫梁跨中后翼緣的正應(yīng)力最大，且均為拉應(yīng)力，符合閘門結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。
B. 在實(shí)測(cè)水位（接近設(shè)計(jì)水位）下，21號(hào)鋼閘門主橫梁后翼緣最大拉應(yīng)力為100.9MPa，出現(xiàn)在1號(hào)主橫梁跨中。主橫梁腹板剪應(yīng)力為13.4MPa，折算應(yīng)力為23.2MPa。主橫梁各應(yīng)力小于材料的容許應(yīng)力值（[σ]’=152.0MPa）
縱梁和邊梁
邊梁后翼緣所受正應(yīng)力均為壓應(yīng)力，且應(yīng)力值均大于縱梁后翼緣的應(yīng)力值。在實(shí)測(cè)水位（接近設(shè)計(jì)水位）下，21號(hào)鋼閘門縱、邊梁最大正應(yīng)力為-13.0MPa，應(yīng)力值小于材料的容許應(yīng)力值（[σ]’=152.0MPa）。
結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力測(cè)試與分析
檢測(cè)方法和設(shè)備
檢測(cè)方法同結(jié)構(gòu)靜應(yīng)力測(cè)試一樣，檢測(cè)設(shè)備則采用JHDY動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。
測(cè)點(diǎn)布置
測(cè)點(diǎn)布置原則同靜應(yīng)力測(cè)試一樣。
根據(jù)閘門各構(gòu)件的受力特點(diǎn)，在21號(hào)鋼閘門主要受力構(gòu)件上共布置了4個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別為2個(gè)主橫梁后翼緣和2個(gè)邊梁后翼緣上。
檢測(cè)工況
閘門結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力檢測(cè)初始時(shí)刻上游水位35.95m，閘門下游無水，堰頂高程為30.50m，閘門的作用水頭為5.45m，設(shè)計(jì)水頭為5.50m。完全關(guān)閉后的上游水位仍為35.95m。
檢測(cè)前，先關(guān)閉檢修閘門，清空工作閘門和檢修閘門之間的水，再關(guān)閉工作閘門，使其處于空載狀態(tài)；粘貼應(yīng)變片，并把動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀調(diào)零；然后提起檢修閘門充水，使工作鋼閘門前水位達(dá)到穩(wěn)定的上游水位，一切就緒后，開始啟動(dòng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，并記錄初始動(dòng)應(yīng)力。
21號(hào)鋼閘門靜止10s后緩慢提升鋼閘門，135s后達(dá)到半開狀態(tài)（閘門提升高度為3m），停止10s后繼續(xù)開啟，159s后達(dá)到全開狀態(tài)（閘門提升高度為6.50m），停止20s后開始關(guān)閉閘門，276s后閘門全部關(guān)閉，停止10s后結(jié)束動(dòng)態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)記錄并存盤，整個(gè)過程用時(shí)620s。
檢測(cè)結(jié)果分析
根據(jù)21號(hào)鋼閘門各測(cè)點(diǎn)總應(yīng)變波形可知：
A.1號(hào)和2號(hào)主橫梁后翼緣跨中測(cè)點(diǎn)的最大動(dòng)應(yīng)力分別為539μm和394μm（最大動(dòng)應(yīng)力分別為111MPa和81.20MPa），兩者均發(fā)生在閘門開啟后完全關(guān)閉瞬間。
B.左、右邊梁后翼緣測(cè)點(diǎn)的最大動(dòng)應(yīng)變?yōu)閴簯?yīng)變，分別為27μm和84μm（最大動(dòng)應(yīng)力為5.6MPa和17.3MPa），均發(fā)生在閘門開啟前全關(guān)閉階段。
容許應(yīng)力
同材料靜應(yīng)力容許應(yīng)力復(fù)核，即單向測(cè)點(diǎn)強(qiáng)度復(fù)合條件為σ≤[σ]’=152.0MPa。
三向測(cè)點(diǎn)強(qiáng)度復(fù)核條件如下：
A.主橫梁σ≤[σ]’=152.0MPa，T≤[T]’=90.3MPa。
B.對(duì)于同時(shí)受較大正應(yīng)力和剪應(yīng)力作用的腹板，σzh≤1.1[σ]’=1.1*152.0MPa=167.2MPa。
C.面板σzh≤1.1α[σ]’，其中α為彈塑性調(diào)整系數(shù)（α=1.5）則1.1α[σ]’=1.1*1.5*152.0MPa=250.8MPa。
動(dòng)應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果分析
面板
在閘門完全啟閉的動(dòng)態(tài)工況下，21號(hào)鋼閘門面板動(dòng)剪應(yīng)力均較小，最大動(dòng)剪應(yīng)力為27.8MPa，小于容許剪應(yīng)力；面板折算動(dòng)應(yīng)力為48.4MPa，小于材料折算應(yīng)力容許值（1.1α[σ]’=250.8MPa）。
主橫梁
在閘門完全關(guān)閉的動(dòng)態(tài)工況下，21號(hào)鋼閘門主橫梁后翼緣最大動(dòng)拉應(yīng)力為111.0MPa，出現(xiàn)在1號(hào)主橫梁跨中。主橫梁最大動(dòng)應(yīng)力值小于材料的容許應(yīng)力值（[σ]’=152.0MPa）。
邊梁
邊梁后翼緣均為動(dòng)壓應(yīng)力，在閘門完全啟閉的動(dòng)態(tài)工況下，21號(hào)閘門邊梁最大動(dòng)應(yīng)力為-17.3MPa，應(yīng)力值小于材料的容許應(yīng)力值（[σ]’=152.0MPa）。
結(jié)語
本文采用電測(cè)方法對(duì)鋼閘門進(jìn)行安全檢測(cè)，并將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果與規(guī)范容許值比較分析。
結(jié)果表明：抽檢的河閘21號(hào)鋼閘門的結(jié)構(gòu)靜應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)力均小于材料的容許應(yīng)力值，滿足規(guī)范和工程運(yùn)行要求。本次安全檢測(cè)與分析中擦用的安全檢測(cè)與數(shù)據(jù)分析方法，可為水工鋼閘門同類檢測(cè)提供參考。
