利用仿生原理设计的双拱管桁式闸门承重结构解决思路

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：双拱管桁是利用仿生原理模拟鱼体构造而设计的一种新型空间结构，由双拱及腹杆模拟鱼体轮廓和骨架组成，如图3所示。它作为闸门的承重结构首次得到应用，多榀双拱管桁结构组合从而形成了一种新形式的水工平面闸门——双拱管桁式闸门。图3双拱管桁式闸门承重结构仿生原理及构造仿生思想；双拱管桁式闸门承重结构构造图1；双拱管桁式闸门承重结构构造图2能适应本工程特点，可避免产生涌潮气囊和梁格淤泥。

工作闸门需承受双向水头、淤沙荷载和涌潮时的冲击荷载，且跨度大，宽高比悬殊。桁架式梁系与实腹式梁系相比，桁架式梁系为开敞空间，在承受涌潮冲击时，能使涌潮撞击破碎后产生的气浪顺利消散；大跨度孔口采用桁架式梁系，相对于实腹式梁系而言受力合理，强度高，刚度大，重量轻，工程投资较低。实腹式梁系结构，面板布置在钱塘江侧的工作闸门，可避免产生梁格涌潮气囊和淤泥，但要求水工结构的胸墙布置在钱塘江侧，破坏性的涌潮气囊无法避免，消除困难，且闸门重量大，增加启闭机容量和工程投资。因此，采用桁架式梁系更适应本工程特点。

由于圆钢管杆件具有截面各向等强，无弱轴，抗扭刚度大，密闭防锈性能好，无淤泥堆积等一系列优点，工作闸门桁架式梁系结构采用圆形截面。

双拱管桁是利用仿生原理模拟鱼体构造而设计的一种新型空间结构，由双拱及腹杆模拟鱼体轮廓和骨架组成，如图3所示。它作为闸门的承重结构首次得到应用，多榀双拱管桁结构组合从而形成了一种新形式的水工平面闸门——双拱管桁式闸门。

该门型结构有以下优点：

（1）受力合理，刚度大，几何特性好，受力体系在荷载下的位移较小，能满足规范要求。

（2）圆管截面的流体动力特性好，承受水流荷载作用时，作用效应比其他结构型式的效应低。

图3　双拱管桁式闸门承重结构仿生原理及构造

（a）仿生思想；（b）双拱管桁式闸门承重结构构造图1；（c）双拱管桁式闸门承重结构构造图2

（3）能适应本工程特点，可避免产生涌潮气囊和梁格淤泥。

（4）体态优美，且用钢量省，闸门自重轻，启闭力经济。