應變電測法在鋼閘門應力檢測中應用

某河干流攔河閘擔負著城市防洪任務，也是灌溉用水控制工程。現采用應變電測法對鋼閘門進行應力檢測和啟閉機啟閉力檢測，綜合分析鋼閘門目前質量和安全情況，為類似工程的設計、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，設計水頭為5.5m，動水啟閉。每扇鋼閘門配備一臺集中驅動雙吊點固定卷揚式啟閉機，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計工況為原則。由于閘門荷載以水壓力為主，啟閉機荷載主要為閘門自重加水壓力等。為了獲得*大水壓力，利用汛期高水位（以不影響度汛安全為原則）。利用水位變化規律來提高上、下游水位差，使檢測工況盡可能接近設計工況。現場檢測時，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，接近設計水頭為5.50m。

應變片測點布置原則及注意事項

布置原則

1. 測試內容為鋼閘門靜應力和啟閉機啟閉力，測點應具有代表性，在高應力區域和復雜應力區域應布置足夠數量的測點；

2. 在滿足檢測目的、委托要求前提下，測點數量宜少不宜多；

3. 對稱結構可在一側布置測點，但在對稱側應布置適當數量的比照測點，比照測點提供的正式數據可為分析時采用。

注意事項

1. 應變片應粘貼牢固并做好防潮處理；

2. 當應變片處于水下時，應做好防水處理；

3. 信號傳輸線應妥善固定，電阻值應確保穩定。

測點位置選擇和數量確定

在進行應力檢測前，首先分析閘門構件材質，結構特點，荷載條件等。根據相關規程對閘門和啟閉機主要構件進行應力計算分析，了解結構應力分布情況，確定應力測點位置和數量。目的是使檢測斷面選擇正確，傳感器原件布置合理，采集的數據更具有代表性。

根據鋼閘門應力分布云圖，確定鋼閘門的應力測點。主要受力構件上布置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：一處在啟閉機的減速箱與小齒輪的傳動軸上；另一處在閘門吊板上。結合現場實際情況，選擇將測點布置在閘門頂部的吊板上，共粘貼8個工作應變片，合理布設。

確定測點位置后，對測點進行打磨、清洗、定位、貼片、焊線、密封絕緣、引線、聯機并調零，最后采集測試數據。檢測前均設置了溫度補償片，以消除溫度影響因素。應變片采用502膠與基體粘結，采用硅膠進行防水。

應力檢測結果及分析

鋼閘門應力檢測

鋼閘門應力分析采用ANSYS三維有限元法。該工程鋼閘門形式為板、梁組合結構，根據其受力特點，考慮計算精度要求，采用8節實體單元建立閘門結構有限元計算模型。計算模型單元總數為13008個，節點總數為24766個。坐標系定義為：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力理論計算結果和實測結果對比

由表1數據可知，鋼閘門面板*大折算應力計算值為46.6MPa，實測計算值為48.5MPa，均小于容許折算應力為250.8MPa；1#主橫梁*大拉應力計算值為91.8MPa，實測值為100.9MPa，2#主橫梁*大拉應力計算值為79.2MPa，實測值為73.7MPa，均小于容許拉應力為150.2MPa。以上3個參數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、合理。

啟閉機啟閉力檢測

表2鋼閘門動水啟閉過程啟閉力實測結果換算值

由表2可知，在動水工況啟閉閘門過程中，開啟瞬間啟門達到*大值276KN；當閘門開啟高度3m時，*大持住力為210KN；*全開啟時，*大持住力為203KN。閉門階段啟閉力下降明顯，*大拉力為173KN。整個啟閉過程、啟閉力、持住力和關閉過程*大拉力均小于啟閉機的額定容量800KN。

總結

1. 以上測試結果表明，應變電測法可用于鋼閘門現場應力檢測，此方法工藝簡單，結果準確。

2. 為保證測試數據準確，要先對被測試構件進行復核計算，根據應力分布情況，合理確定貼片位置和正確選擇應變片種類，同時做好應變片防水，布設溫度補償片；