橫拉閘門吊桿及頂推裝置使用應力的研究

杭 鷹

（江蘇省交通工程集團百潤工程檢測有限公司，江蘇鎮江 212000）

1 工程概況

施橋一號船閘位于揚州市邗江區施橋鎮，建成于1961年10月，船閘基本尺寸為230 m×20 m×5 m，設計通過能力為2 100 萬t，上、下游閘門均為鋼質橫拉閘門。

施橋船閘2005年更換了下游閘門，門型尺寸為21.0 m×14.05 m×3.774 m，總重165.6 t，浮箱產生的浮力56.0 t，門在水中凈重109.6 t。閘門分別設有頂、底平車，閘門門體頂部通過推拉系統、吊桿系統與頂平車連接，底部支承在底平車上。門體運行時通過頂平車的傳動系統帶動閘門做開、關門的往返運動，保證船舶的過閘需要。

據船閘管理部門反映，下游閘門在運行過程中出現某一水深情況下，閘門偏位，關門時入槽困難，為了解閘門入槽位置與水深、頂推裝置處應力、閘門頂平車吊桿處應力間的相互關系，確定合適的閘門調整方案，對下游閘門相關部位處應力進行了測試研究。

本次研究采用電測法，測試設備為南京葛南實業有限公司生產的VWSB型振弦式鋼板（應變）計和VW-102A型振弦讀數儀。試驗前，根據測點布置位置，按葛南實業企業標準安裝夾具，布置測點及信號傳輸電纜，并將各測點信號傳輸電纜接入接線箱，檢測時將接線箱與讀數儀連接，讀取各種狀態下的微應變，按有關公式計算應力。測點布置施橋一號下游閘門測點布置在吊桿上游側（門庫端、門頭端）各一點，下游側（門庫端、門頭端）各一點，上游側頂推裝置頂面、底面各一點，下游側頂推裝置頂面、底面各一點，共布置8處測點。

上、下游側吊桿傳感器安裝示意圖如圖1所示，上、下游側吊桿傳感器安裝示意圖如圖2所示。

圖1 上、下游側吊桿傳感器安裝示意圖

圖2 上、下游頂推裝置傳感器安裝示意圖

2 應力計算

閘門吊桿應力計算：設閘門吊力為F，力臂為M，閘門重力為G，力臂為L，以底平車為支承，根據力矩平衡，F=472.4 kN，單根吊桿受力為F/2=236.2 kN。

現場測試時，根據受力分析，使吊桿不受力，單只油頂受力f=253.8 kN。

配合單位實際頂門時，使用兩只50 t油頂操作，滿足相關要求。查看設計資料，安裝應變計的Ⅱ型吊桿斷面尺寸為100 mm×80 mm，吊桿應力為29.5 MPa。

3 測試內容

在下閘首上架設水準儀，在下游閘門門頭端上、下游側固定位置放置標尺測讀閘門開、關門過程中門頭的跳動量，并記錄。

關閉上游閘、閥門，開啟下游閥門，使閘室處于下游平水位狀態，閘門運行至接近關門位置，將鐵墩及油頂吊至門庫閥門輸水門洞口處→潛水員水下將鐵墩移至閘門底橫梁處（門庫端）→頂高閘門門尾→吊桿處于自由狀態→安裝應力計（同時安裝推拉座處應力計）→拆除門尾油頂→吊桿處于受力狀態→檢測應力→運行閘門→觀察閘門運行情況→記錄開關門過程不同位置（間距1.0 m）檢測處桿件應變→計算桿件應力。

每次測試時，閘門開關8次，觀察閘門運行狀況，查看閘門頂側滾輪與側軌板間隙及閘門運行軌跡，測讀閘門門頭的跳動量，做好記錄。

本檢測根據水位情況分三次進行：

2011年11月8日進行首次檢測：船閘下游水位▽2.20 m（底檻高程▽-5.40 m）。2012年1月8日進行第二次檢測：船閘下游水位為▽1.50 m。2012年8月22日進行第三次檢測：船閘下游水位為▽5.00 m。

2011年11月8日進行現場測試時，拆除頂門油頂（初始狀態）。上游側吊桿：門頭側應力為27.3 MPa，門庫側應力為15.3 MPa，平均應力為21.3 MPa。下游側吊桿：門頭側應力43.6 MPa，門庫側應力10.9 MPa，平均27.3 MPa。兩側吊桿應力不均勻，均未達到吊桿計算應力。各次運行過程中應力曲線如圖3～圖8所示。

圖3 2011年11月8日開門各測點運行過程應力變化曲線

圖4 2012年1月8日開門各測點運行過程應力變化曲線

圖5 2012年8月22日開門各測點運行過程門頭應力變化曲線

圖6 2012年11月8日開門各測點運行過程門頭應力變化曲線

圖7 2012年11月8日開門各測點運行過程門庫應力變化曲線

圖8 2012年8月22日開門各測點運行過程門庫應力變化曲線

4 結語

吊桿應力：三次測試應力時的水深分別為7.6、6.9、10.4 m，吊桿應力測點沿閘門縱軸線前后布置，從測試結果看，閘門吊桿應力變化趨勢與門體淹沒水深沒有直接關系，閘門在運行過程中，隨著開度變化門體重心越來越向下游偏移。

門頭跳動量：門體運行過程中，門頭測點高程隨著開度越來越高，開關位置最大相差（跳動量）2 mm。

頂推裝置應力：由于頂平車與門體采用柔性連接，開門拉力由柔性錨鏈承受，只能測試關門壓應力。推拉座應力變化趨勢與門體淹沒水深沒有直接關系，閘門上游側推桿在關門時受力小，下游側推桿關門時不受力。從橫拉門設計模型，閘門淹沒水深只與閘門抗傾覆穩定計算有關，淹沒水深與吊桿應力變化沒有直接關系，與測試結論相吻合。

由于閘門為慢速運行，門端防撞板開有泄水孔，運行過程中水阻較小，且閘門運行過程為滾動摩擦。推桿沒有起到應有的作用，門體的水平推力可能由吊桿的剪應力承受，對吊桿受力不利。

為了深入研究橫拉門吊桿應力，建議在船閘抽水大修，更換閘門吊桿時，應將應力測試裝置預先埋設在吊桿上，確保吊桿初始應力“零”狀態。由于橫拉門結構的對稱性，調試閘門運行狀態應以上、下游側吊桿應力相等為準，在門頭設置傾角儀。在以后的運行過程中實現在線觀測，建立門體運行狀態與吊桿應力相關關系，深入研究橫拉門的運行軌跡，為類似門型的健康運行分析提供基礎數據。