横拉闸门吊杆及顶推装置使用应力的研究

杭 鹰

（江苏省交通工程集团百润工程检测有限公司，江苏镇江 212000）

1 工程概况

施桥一号船闸位于扬州市邗江区施桥镇，建成于1961年10月，船闸基本尺寸为230 m×20 m×5 m，设计通过能力为2 100 万t，上、下游闸门均为钢质横拉闸门。

施桥船闸2005年更换了下游闸门，门型尺寸为21.0 m×14.05 m×3.774 m，总重165.6 t，浮箱产生的浮力56.0 t，门在水中净重109.6 t。闸门分别设有顶、底平车，闸门门体顶部通过推拉系统、吊杆系统与顶平车连接，底部支承在底平车上。门体运行时通过顶平车的传动系统带动闸门做开、关门的往返运动，保证船舶的过闸需要。

据船闸管理部门反映，下游闸门在运行过程中出现某一水深情况下，闸门偏位，关门时入槽困难，为了解闸门入槽位置与水深、顶推装置处应力、闸门顶平车吊杆处应力间的相互关系，确定合适的闸门调整方案，对下游闸门相关部位处应力进行了测试研究。

本次研究采用电测法，测试设备为南京葛南实业有限公司生产的VWSB型振弦式钢板（应变）计和VW-102A型振弦读数仪。试验前，根据测点布置位置，按葛南实业企业标准安装夹具，布置测点及信号传输电缆，并将各测点信号传输电缆接入接线箱，检测时将接线箱与读数仪连接，读取各种状态下的微应变，按有关公式计算应力。测点布置施桥一号下游闸门测点布置在吊杆上游侧（门库端、门头端）各一点，下游侧（门库端、门头端）各一点，上游侧顶推装置顶面、底面各一点，下游侧顶推装置顶面、底面各一点，共布置8处测点。

上、下游侧吊杆传感器安装示意图如图1所示，上、下游侧吊杆传感器安装示意图如图2所示。

图1 上、下游侧吊杆传感器安装示意图

图2 上、下游顶推装置传感器安装示意图

2 应力计算

闸门吊杆应力计算：设闸门吊力为F，力臂为M，闸门重力为G，力臂为L，以底平车为支承，根据力矩平衡，F=472.4 kN，单根吊杆受力为F/2=236.2 kN。

现场测试时，根据受力分析，使吊杆不受力，单只油顶受力f=253.8 kN。

配合单位实际顶门时，使用两只50 t油顶操作，满足相关要求。查看设计资料，安装应变计的Ⅱ型吊杆断面尺寸为100 mm×80 mm，吊杆应力为29.5 MPa。

3 测试内容

在下闸首上架设水准仪，在下游闸门门头端上、下游侧固定位置放置标尺测读闸门开、关门过程中门头的跳动量，并记录。

关闭上游闸、阀门，开启下游阀门，使闸室处于下游平水位状态，闸门运行至接近关门位置，将铁墩及油顶吊至门库阀门输水门洞口处→潜水员水下将铁墩移至闸门底横梁处（门库端）→顶高闸门门尾→吊杆处于自由状态→安装应力计（同时安装推拉座处应力计）→拆除门尾油顶→吊杆处于受力状态→检测应力→运行闸门→观察闸门运行情况→记录开关门过程不同位置（间距1.0 m）检测处杆件应变→计算杆件应力。

每次测试时，闸门开关8次，观察闸门运行状况，查看闸门顶侧滚轮与侧轨板间隙及闸门运行轨迹，测读闸门门头的跳动量，做好记录。

本检测根据水位情况分三次进行：

2011年11月8日进行首次检测：船闸下游水位▽2.20 m（底槛高程▽-5.40 m）。2012年1月8日进行第二次检测：船闸下游水位为▽1.50 m。2012年8月22日进行第三次检测：船闸下游水位为▽5.00 m。

2011年11月8日进行现场测试时，拆除顶门油顶（初始状态）。上游侧吊杆：门头侧应力为27.3 MPa，门库侧应力为15.3 MPa，平均应力为21.3 MPa。下游侧吊杆：门头侧应力43.6 MPa，门库侧应力10.9 MPa，平均27.3 MPa。两侧吊杆应力不均匀，均未达到吊杆计算应力。各次运行过程中应力曲线如图3～图8所示。

图3 2011年11月8日开门各测点运行过程应力变化曲线

图4 2012年1月8日开门各测点运行过程应力变化曲线

图5 2012年8月22日开门各测点运行过程门头应力变化曲线

图6 2012年11月8日开门各测点运行过程门头应力变化曲线

图7 2012年11月8日开门各测点运行过程门库应力变化曲线

图8 2012年8月22日开门各测点运行过程门库应力变化曲线

4 结语

吊杆应力：三次测试应力时的水深分别为7.6、6.9、10.4 m，吊杆应力测点沿闸门纵轴线前后布置，从测试结果看，闸门吊杆应力变化趋势与门体淹没水深没有直接关系，闸门在运行过程中，随着开度变化门体重心越来越向下游偏移。

门头跳动量：门体运行过程中，门头测点高程随着开度越来越高，开关位置最大相差（跳动量）2 mm。

顶推装置应力：由于顶平车与门体采用柔性连接，开门拉力由柔性锚链承受，只能测试关门压应力。推拉座应力变化趋势与门体淹没水深没有直接关系，闸门上游侧推杆在关门时受力小，下游侧推杆关门时不受力。从横拉门设计模型，闸门淹没水深只与闸门抗倾覆稳定计算有关，淹没水深与吊杆应力变化没有直接关系，与测试结论相吻合。

由于闸门为慢速运行，门端防撞板开有泄水孔，运行过程中水阻较小，且闸门运行过程为滚动摩擦。推杆没有起到应有的作用，门体的水平推力可能由吊杆的剪应力承受，对吊杆受力不利。

为了深入研究横拉门吊杆应力，建议在船闸抽水大修，更换闸门吊杆时，应将应力测试装置预先埋设在吊杆上，确保吊杆初始应力“零”状态。由于横拉门结构的对称性，调试闸门运行状态应以上、下游侧吊杆应力相等为准，在门头设置倾角仪。在以后的运行过程中实现在线观测，建立门体运行状态与吊杆应力相关关系，深入研究横拉门的运行轨迹，为类似门型的健康运行分析提供基础数据。