应变电测法在钢闸门应力检测中应用

某河干流拦河闸担负着城市防洪任务，也是灌溉用水控制工程。现采用应变电测法对钢闸门进行应力检测和启闭机启闭力检测，综合分析钢闸门目前质量和安全情况，为类似工程的设计、检验提供借鉴。

钢闸门情况介绍

主体拦河闸采用露顶式平面定轮钢闸门，孔口尺寸为9.6m*6.0m，单扇钢闸门重为35t，设计水头为5.5m，动水启闭。每扇钢闸门配备一台集中驱动双吊点固定卷扬式启闭机，容量为2*400KN。

钢闸门测试工况确定

以检测工况符合或接近设计工况为原则。由于闸门荷载以水压力为主，启闭机荷载主要为闸门自重加水压力等。为了获得最大水压力，利用汛期高水位（以不影响度汛安全为原则）。利用水位变化规律来提高上、下游水位差，使检测工况尽可能接近设计工况。现场检测时，闸门上游水位为35.95M，闸门下游无水，堰顶高程为30.50m，闸门的作用水头为5.45m，接近设计水头为5.50m。

应变片测点布置原则及注意事项

布置原则

1. 测试内容为钢闸门静应力和启闭机启闭力，测点应具有代表性，在高应力区域和复杂应力区域应布置足够数量的测点；

2. 在满足检测目的、委托要求前提下，测点数量宜少不宜多；

3. 对称结构可在一侧布置测点，但在对称侧应布置适当数量的比照测点，比照测点提供的正式数据可为分析时采用。

注意事项

1. 应变片应粘贴牢固并做好防潮处理；

2. 当应变片处于水下时，应做好防水处理；

3. 信号传输线应妥善固定，电阻值应确保稳定。

测点位置选择和数量确定

在进行应力检测前，首先分析闸门构件材质，结构特点，荷载条件等。根据相关规程对闸门和启闭机主要构件进行应力计算分析，了解结构应力分布情况，确定应力测点位置和数量。目的是使检测断面选择正确，传感器原件布置合理，采集的数据更具有代表性。

根据钢闸门应力分布云图，确定钢闸门的应力测点。主要受力构件上布置21个测点，其中三向测点4个。测点分别布置在面板、主横梁后翼缘板、纵梁后翼缘板、主横梁腹板、纵梁腹板和边梁后翼缘板上。

启闭力检测的测点备选两处位置：一处在启闭机的减速箱与小齿轮的传动轴上；另一处在闸门吊板上。结合现场实际情况，选择将测点布置在闸门顶部的吊板上，共粘贴8个工作应变片，合理布设。

确定测点位置后，对测点进行打磨、清洗、定位、贴片、焊线、密封绝缘、引线、联机并调零，最后采集测试数据。检测前均设置了温度补偿片，以消除温度影响因素。应变片采用502胶与基体粘结，采用硅胶进行防水。

应力检测结果及分析

钢闸门应力检测

钢闸门应力分析采用ANSYS三维有限元法。该工程钢闸门形式为板、梁组合结构，根据其受力特点，考虑计算精度要求，采用8节实体单元建立闸门结构有限元计算模型。计算模型单元总数为13008个，节点总数为24766个。坐标系定义为：主横梁轴向为X轴，纵梁轴向为Y轴，水流方向为Z轴。

表1动水启闭工况下钢闸门应力理论计算结果和实测结果对比

由表1数据可知，钢闸门面板最大折算应力计算值为46.6MPa，实测计算值为48.5MPa，均小于容许折算应力为250.8MPa；1#主横梁最大拉应力计算值为91.8MPa，实测值为100.9MPa，2#主横梁最大拉应力计算值为79.2MPa，实测值为73.7MPa，均小于容许拉应力为150.2MPa。以上3个参数理论计算值与实测值之间偏差率为4.1%-9.0%，说明理论值与实测值很接近，也说明测试方法科学、合理。

启闭机启闭力检测

表2钢闸门动水启闭过程启闭力实测结果换算值

由表2可知，在动水工况启闭闸门过程中，开启瞬间启门达到最大值276KN；当闸门开启高度3m时，最大持住力为210KN；完全开启时，最大持住力为203KN。闭门阶段启闭力下降明显，最大拉力为173KN。整个启闭过程、启闭力、持住力和关闭过程最大拉力均小于启闭机的额定容量800KN。

总结

1. 以上测试结果表明，应变电测法可用于钢闸门现场应力检测，此方法工艺简单，结果准确。

2. 为保证测试数据准确，要先对被测试构件进行复核计算，根据应力分布情况，合理确定贴片位置和正确选择应变片种类，同时做好应变片防水，布设温度补偿片；