某河干流攔河閘擔(dān)負(fù)著城市防洪任務(wù)，也是灌溉用水控制工程?，F(xiàn)采用應(yīng)變電測法對鋼閘門進(jìn)行應(yīng)力檢測和啟閉機(jī)啟閉力檢測，綜合分析鋼閘門目前質(zhì)量和安全情況，為類似工程的設(shè)計、檢驗提供借鑒。
鋼閘門情況介紹
主體攔河閘采用露頂式平面定輪鋼閘門，孔口尺寸為9.6m*6.0m，單扇鋼閘門重為35t，設(shè)計水頭為5.5m，動水啟閉。每扇鋼閘門配備一臺集中驅(qū)動雙吊點固定卷揚式啟閉機(jī)，容量為2*400KN。
鋼閘門測試工況確定
以檢測工況符合或接近設(shè)計工況為原則。由于閘門荷載以水壓力為主，啟閉機(jī)荷載主要為閘門自重加水壓力等。為了獲得最大水壓力，利用汛期高水位（以不影響度汛安全為原則）。利用水位變化規(guī)律來提高上、下游水位差，使檢測工況盡可能接近設(shè)計工況?，F(xiàn)場檢測時，閘門上游水位為35.95M，閘門下游無水，堰頂高程為30.50m，閘門的作用水頭為5.45m，接近設(shè)計水頭為5.50m。
應(yīng)變片測點布置原則及注意事項
布置原則
1. 測試內(nèi)容為鋼閘門靜應(yīng)力和啟閉機(jī)啟閉力，測點應(yīng)具有代表性，在高應(yīng)力區(qū)域和復(fù)雜應(yīng)力區(qū)域應(yīng)布置足夠數(shù)量的測點；
2. 在滿足檢測目的、委托要求前提下，測點數(shù)量宜少不宜多；
3. 對稱結(jié)構(gòu)可在一側(cè)布置測點，但在對稱側(cè)應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的比照測點，比照測點提供的正式數(shù)據(jù)可為分析時采用。
注意事項
1. 應(yīng)變片應(yīng)粘貼牢固并做好防潮處理；
2. 當(dāng)應(yīng)變片處于水下時，應(yīng)做好防水處理；
3. 信號傳輸線應(yīng)妥善固定，電阻值應(yīng)確保穩(wěn)定。
測點位置選擇和數(shù)量確定
在進(jìn)行應(yīng)力檢測前，首先分析閘門構(gòu)件材質(zhì)，結(jié)構(gòu)特點，荷載條件等。根據(jù)相關(guān)規(guī)程對閘門和啟閉機(jī)主要構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力計算分析，了解結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布情況，確定應(yīng)力測點位置和數(shù)量。目的是使檢測斷面選擇正確，傳感器原件布置合理，采集的數(shù)據(jù)更具有代表性。
根據(jù)鋼閘門應(yīng)力分布云圖，確定鋼閘門的應(yīng)力測點。主要受力構(gòu)件上布置21個測點，其中三向測點4個。測點分別布置在面板、主橫梁后翼緣板、縱梁后翼緣板、主橫梁腹板、縱梁腹板和邊梁后翼緣板上。
啟閉力檢測的測點備選兩處位置：一處在啟閉機(jī)的減速箱與小齒輪的傳動軸上；另一處在閘門吊板上。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，選擇將測點布置在閘門頂部的吊板上，共粘貼8個工作應(yīng)變片，合理布設(shè)。
確定測點位置后，對測點進(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，最后采集測試數(shù)據(jù)。檢測前均設(shè)置了溫度補(bǔ)償片，以消除溫度影響因素。應(yīng)變片采用502膠與基體粘結(jié)，采用硅膠進(jìn)行防水。
應(yīng)力檢測結(jié)果及分析
鋼閘門應(yīng)力檢測
鋼閘門應(yīng)力分析采用ANSYS三維有限元法。該工程鋼閘門形式為板、梁組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)其受力特點，考慮計算精度要求，采用8節(jié)實體單元建立閘門結(jié)構(gòu)有限元計算模型。計算模型單元總數(shù)為13008個，節(jié)點總數(shù)為24766個。坐標(biāo)系定義為：主橫梁軸向為X軸，縱梁軸向為Y軸，水流方向為Z軸。
表1動水啟閉工況下鋼閘門應(yīng)力理論計算結(jié)果和實測結(jié)果對比
面板xy向折算應(yīng)力最大值 | 1#主橫梁翼緣板x向拉應(yīng)力最大值 | 2#主橫梁翼緣板x向拉應(yīng)力最大值 | |
容許應(yīng)力σy（MPa） | 250.8 | 150.2 | 150.2 |
計算應(yīng)力σL（MPa） | 46.6 | 91.8 | 79.2 |
實測應(yīng)力σs（MPa） | 48.5 | 100.9 | 73.7 |
|(σs-σL)|/σs(%) | 4.1 | 9.1 | 7.5 |
由表1數(shù)據(jù)可知，鋼閘門面板最大折算應(yīng)力計算值為46.6MPa，實測計算值為48.5MPa，均小于容許折算應(yīng)力為250.8MPa；1#主橫梁最大拉應(yīng)力計算值為91.8MPa，實測值為100.9MPa，2#主橫梁最大拉應(yīng)力計算值為79.2MPa，實測值為73.7MPa，均小于容許拉應(yīng)力為150.2MPa。以上3個參數(shù)理論計算值與實測值之間偏差率為4.1%-9.0%，說明理論值與實測值很接近，也說明測試方法科學(xué)、合理。
啟閉機(jī)啟閉力檢測
表2鋼閘門動水啟閉過程啟閉力實測結(jié)果換算值
過程節(jié)點 | 開啟瞬間最大啟門力 | 半開半閉階段最大持住力 | 完全開啟階段最大持住力 | 關(guān)閉階段最大拉力 |
換算結(jié)果（KN） | 276 | 210 | 203 | 173 |
由表2可知，在動水工況啟閉閘門過程中，開啟瞬間啟門達(dá)到最大值276KN；當(dāng)閘門開啟高度3m時，最大持住力為210KN；完全開啟時，最大持住力為203KN。閉門階段啟閉力下降明顯，最大拉力為173KN。整個啟閉過程、啟閉力、持住力和關(guān)閉過程最大拉力均小于啟閉機(jī)的額定容量800KN。
總結(jié)
1. 以上測試結(jié)果表明，應(yīng)變電測法可用于鋼閘門現(xiàn)場應(yīng)力檢測，此方法工藝簡單，結(jié)果準(zhǔn)確。
2. 為保證測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，要先對被測試構(gòu)件進(jìn)行復(fù)核計算，根據(jù)應(yīng)力分布情況，合理確定貼片位置和正確選擇應(yīng)變片種類，同時做好應(yīng)變片防水，布設(shè)溫度補(bǔ)償片；
