船閘和升船機的擋水閘門防撞方法
2023-05-27 21:00:21 1
專利名稱：船閘和升船機的擋水閘門防撞方法
技術領域：
本發明涉及水利水電工程通航建築物領域，特別是涉及船閘和升船機的擋水閘門防撞方法。
背景技術：
水利樞紐的船閘和升船機等通航設施的擋水閘門，需要設置防撞裝置以免受失速船舶的撞擊。目前船閘和升船機的防撞裝置的消能技術主要有兩種，一種是利用剛性防撞梁的彈性變形消能，一種是利用鋼絲繩的彈性變形和液壓油缸的緩衝聯合消能。現有技術一直偏見地認為只能單純地利用剛性防撞梁的塑性變形效能原理，需 要在剛性防撞梁很長區間做功吸能，使鋼梁在遭受船隻撞擊時結構應力控制在彈性變形範圍內。由於現有技術一直是以剛性防撞梁的彈性變形阻止船舶前行，因此撞擊力很大，僅僅適用於承載結構能力較強的船閘及升船機閘首上，不適用於升船機船廂閘門的防撞；而利用鋼絲繩的彈性變形和液壓油缸的緩衝聯合消能原理，在船閘和升船機中均有應用，但利用這種原理設計的防撞裝置構造複雜，由於船隻撞擊時鋼絲繩的彈性變形及油缸的位移較大，船廂水域的長度需因此加大，造成船廂重量及尺寸的增加，並且設備製造安裝精度要求高，動作環節多，工作可靠性差，維護工作量大。
發明內容
本發明的目的是為了克服了現有技術的偏見，提供一種基於剛性防撞梁的塑性變形消能原理，實現通航建築物擋水閘門防撞的目的，並提供塑性變形防撞方法。為實現上述目的，本發明提供的船閘和升船機的擋水閘門防撞方法，其特別之處在於在通航建築物擋水閘門的正前方設置剛性防撞梁，所述剛性防撞梁的兩端均連接有自動升降驅動裝置，根據剛性防撞梁在塑性變形階段應變增加而應力不增加的特性，利用剛性防撞梁的塑性變形能吸收失速船舶的動能。上述自動升降驅動裝置包括設置在通航建築物擋水閘門的正前方上部的定滑輪，所述定滑輪的一端通過鋼絲繩與所述剛性防撞梁的端部連接，所述定滑輪的另一端通過鋼絲繩與動滑輪的一端連接，所述動滑輪的另一端固定連接在通航建築物擋水閘門的正前方上部，所述動滑輪的滑輪軸與油缸的輸出端連接，所述油缸設置在油缸支座上。本發明基於基於剛性防撞梁塑性變形消能的原理實現了擋水閘門防撞的目的的原理如下如圖1所示的合金結構鋼的σ-ε實驗曲線，在曲線EP段存在明顯的水平線段，這意味著剛性防撞梁最大應力在該區間工作時，當撞擊力達到一定程度時，彎曲梁在最大內力截面形成塑性鉸，此時應變增加而應力不增加，即變形增加而傳至導承槽的撞擊力不增加。如鋼防撞梁的設計塑性應變為1%，則應變能密度為區域OEPBAO的面積，該面積接近彈性應變能密度Λ OEA面積的10倍，這說明在同樣的結構尺寸及同樣的撞擊力條件下，剛性防撞梁的吸能能力遠大於彈性梁。因此，採用塑性設計可顯著減小剛性防撞梁的橫截面積，使船舶動能主要依靠剛性防撞梁的塑形變形能吸收，進而減少結構承受的撞擊力。本發明克服了現有技術的偏見，基於剛性防撞梁塑性變形消能的原理實現了擋水閘門防撞的目的，克服了基於剛性防撞梁彈性變形消能原理設計的剛性防撞梁因撞擊載荷過大引起的相關結構設計難度大的問題，解決了採用鋼絲繩彈性變形和液壓緩衝油缸聯合消能技術帶來的系統構造複雜，設備製造安裝精度要求高，維修量大，工作可靠性差等問題，具有結構簡單、容易實現，可靠性強的優點。
圖1為本發明剛性防撞梁的σ - ε實驗曲線和冪函數塑性本構關係曲線。圖1中其中，實線表示剛性防撞梁的σ-ε實驗曲線，雙點劃線為其冪函數塑性本構關係曲線，該曲線通過材料的屈服極限、屈服應變、強度極限及對應應變等參數值通過 曲線擬合技術獲得。塑性鋼梁的應力應變範圍為0ΕΡΒ0，其面積代表其應變能密度，彈性工作範圍為三角0ΑΕ，其面積遠小於0ΕΡΒ0。圖2為本發明船閘和升船機的擋水閘門防撞方法中的剛性防撞梁及其驅動結構示意圖。圖中1-剛性防撞梁；2_定滑輪；3_鋼絲繩；4_動滑輪；5_油缸；6_油缸支座。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述船閘和升船機的擋水閘門防撞方法，具體是在通航建築物擋水閘門的正前方設置剛性防撞梁，剛性防撞梁的兩端均連接有自動升降驅動裝置，根據剛性防撞梁在塑性變形階段應變增加而應力不增加的特性，利用剛性防撞梁的塑性變形能吸收失速船舶的動能。自動升降驅動裝置結構如圖2所示，包括設置在通航建築物擋水閘門的正前方上部的定滑輪2，定滑輪2的一端通過鋼絲繩3與剛性防撞梁I的端部連接，定滑輪2的另一端通過鋼絲繩3與動滑輪4的一端連接，動滑輪4的另一端固定連接在通航建築物擋水閘門的正前方上部，動滑輪4的滑輪軸與油缸5的輸出端連接，油缸5設置在油缸支座6上。在船舶正常行駛或停靠時，剛性防撞梁I通過油缸5驅動，下降至船舶通航水深以下高度(圖2中的A處高度)。在需擋船時，由驅動油缸5提升剛性防撞梁I至工作位置(圖2中的B處高度)，當剛性防撞梁I受到撞擊時，撞擊載荷通過剛性防撞梁I端部傳至船舶的導承槽消能，保護船舶以免被撞壞。本發明的工作原理如圖1所示，剛性防撞梁I的尺寸設計根據塑性變形計算，採用冪函數塑性本構關係σ =A ε n，區域OEPBO的面積和區域OQBO的面積，以及區域OEPSCO的面積與虛線和橫坐標軸圍成的區域OSCO的面積相當接近，因此其應變能密度非常接近。僅從吸收能量考慮，冪函數塑性本構關係有足夠的精度。而區域OEPBO的面積僅為區域OEPSCO的面積的1/8，因此剛性防撞梁I有足夠的吸收能量安全裕度，不會因船隻的撞擊而斷裂。根據冪函數塑性本構關係σ =AenW及剛性防撞梁I的受力特點，可推導出所吸收能量與設計塑性應變的函數關係T=f(A，n，a，ε)，式中T為船舶撞擊動能，a代表剛性防撞梁I的斷面尺寸，求得剛性防撞梁I的設計控制條件ε =Γ (T, A, n, a) ^ ε max=0. 01 ；利用該條件決定剛性防撞梁I的斷面尺寸a ;然後根據剛性防撞梁I的實際斷面尺寸a、實際應變ε ^以及最大撞擊力和船舶撞擊動能的關係，求出剛性防撞梁I的校核控制條件ε o=g( ε o, A, n, a) < Ptl，式中Ptl為船廂設計所允許的最大撞擊力。需要說明的是，以上的具體實施方式
僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換， 而不脫離本發明的技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍內。
權利要求
1.一種船閘和升船機的擋水閘門防撞方法，其特徵在於在通航建築物擋水閘門的正前方設置剛性防撞梁，所述剛性防撞梁的兩端均連接有自動升降驅動裝置，根據剛性防撞梁在塑性變形階段應變增加而應力不增加的特性，利用剛性防撞梁的塑性變形能吸收失速船舶的動能。
2.根據權利要求1所述的船閘和升船機的擋水閘門防撞方法，其特徵在於所述自動升降驅動裝置包括設置在通航建築物擋水閘門的正前方上部的定滑輪，所述定滑輪的一端通過鋼絲繩與所述剛性防撞梁的端部連接，所述定滑輪的另一端通過鋼絲繩與動滑輪的一端連接，所述動滑輪的另一端固定連接在通航建築物擋水閘門的正前方上部，所述動滑輪的滑輪軸與油缸的輸出端連接，所述油缸設置在油缸支座上。
全文摘要
本發明涉及水利水電工程通航建築物領域，特別是涉及通航建築物擋水閘門的防撞方法，具體是在通航建築物擋水閘門的正前方設置剛性防撞梁，所述剛性防撞梁的兩端均連接有自動升降驅動裝置，根據剛性防撞梁在塑性變形階段應變增加而應力不增加的特性，利用剛性防撞梁的塑性變形能吸收失速船舶的動能。本發明克服了基於剛性防撞梁彈性變形消能原理設計的剛性防撞梁因撞擊載荷過大引起的相關結構設計難度大的問題，解決了採用鋼絲繩彈性變形和液壓緩衝油缸聯合消能技術帶來的系統構造複雜，設備製造安裝精度要求高，維修量大，工作可靠性差等問題，具有結構簡單、容易實現，可靠性強的優點。
文檔編號E02B3/26GK102995607SQ20121058138
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者鈕新強, 廖樂康, 於慶奎, 單毅, 王蒂, 朱虹, 方曉敏, 餘友安 申請人:長江勘測規劃設計研究有限責任公司