水利水电工程门式启动机金属结构可靠度分析

水利水电工程门式启动机金属结构可靠度分析

尚付瑶南金刚李凯

大连海洋大学海洋与土木工程学院辽宁大连116021

摘要：本文主要针对水利水电工程门式启动机金属结构展开分析，思考了水利水电工程门式启动机金属结构可靠度，明确了其可靠度的基本的要素和要求，可供今后参考。

关键词：水利水电工程；门式起动机；金属结构；可靠度

前言

当前，在水利水电工程中，门式启动机金属结构的应用情况很多，如何进一步提高门式启动机金属结构的可靠度，是一件非常重要的工作，也是我们研究的重点。

1启闭机可靠度所存在的问题

1.1设计方面不够完善

闸门开度无法达到设计高度。启闭机的理论设计开启高度可达315m以上，但实际开启高度到310m以上时闸门重心上移过大，整个机构缺少侧向联系，液压缸只有2根不锈钢空心钢管垂向支撑，细长比小，刚度不够，抗弯能力差，在不利荷载作用下容易变形、失稳，这类启闭方式在低门槽条件下开启度无法达到设计高度。

1.2液压阀元件的质量有待提高

液压系统的故障往往是系统中某个元件产生故障造成的，如单向阀、换向阀是方向控制阀，用来控制液压系统中的液流方向；溢液阀、减压阀、顺序阀是压力控制阀，用来控制或调节液压系统中的压力；节流阀、调速阀、分流阀是流量控制阀，用来控制液压系统中油液的流量。这些阀组直接影响闸门的运行安全，而在1套液压启闭设备中，有些关键的阀元件是由3、4个品牌组成的，产品质量参差不齐。

2结构可靠度的基本慨念

结构所要满足的功能要求是指结构在规定的年限内，满足下列四项功能要求：

2.1能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用(包括荷载及外加变形和约束变形)；

2.2在正常使用时具有良好的工作性能；

2.3在正常维护下具有足够的耐久性能；

2.4在发生规定的偶然事件情况下，仍然能保持必需的整体稳定性。

上述四项功能要求中，第1、4两项通常指结构的安全性；第2项指结构的适用性；第3项指结构的耐久性。三者总称为结构的可靠性。

可靠度可用来度量结构可靠性的数量指标，其定义为：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率f51。“规定的时间”是指结构可靠性分析时考虑各项基本变量与时间关系所取用的设计基准期。我国《建筑结构设计统一标准》规定的结构设计基准期为50年。“规定的条件”一般指结构设计时所确定的正常设计、正常施工和正常使用的条件。“预定功能”是指上述的四项功能，完成各项功能的标志用“极限状态”来衡量。

3随机变量的统计

启闭机所承受的荷载包括启闭机的自重、启门荷载和风荷载等。启闭机的自重可分为两部分：一是金属结构的重量；二是机械设备、电气设备和压重的重量等。启闭机在运行多年后，金属结构都会不同程度地存在锈蚀，因此，金属结构的重量与其锈蚀量直接相关；而第二部分的重量变化则相对较小，可以看作常量。启闭机的启门荷载包括闸门重量(含闸门自重、加重块重量)、启门摩擦阻力(含行走支承摩阻力、止水摩擦阻力)等。闸门重量随着运行时间的增长会因锈蚀等原因会有所减轻，为分析方便并出于安全考虑，可以认为是常量。启门摩擦阻力是作用在闸门上的总水压力和支承及止水摩擦系数的函数。作用在闸门上的静水压力是总水压力的主要部分，也是对启门可靠度影响较大的素。

闸门开启时的摩擦阻力是一个综合性数据，不仅包括作用在闸门止水部件上的摩阻力和作用在闸门支承部件上的摩阻力，还包括闸门侧向导承、反向导承的摩擦力，同时还与门槽的大小、闸门的对中、操作方式等有关。其中止水摩阻力和支承摩阻力是主要因素。

影响支承摩擦系数的因素很多，不同类型的闸门，不同型式的支承，其摩擦系数不同；同一型式的支承，当材料、承压状况、老化程度、承压时间以及运行状况不同时，摩擦系数也不同。近年来，人们针对支承摩擦系数开展了许多研究工作，进行了室内模型试验和室外原型观测试验，得到了大量的试验数据和研究成果。在20世纪80年代，有不少水库管理局对油尼龙、改性胶木和复合材料等支承材料进行了室内试验和原型观测研究。有学者对其作出了总结，归纳如下：影响支承滑块摩擦系数的因素很多，在支承形式和材料相同的前提下，影响因素主要有：(1)摩擦性能存在时间效应问题，即摩擦系数随闸门静止承压时间的延长而增加，但增加的趋势不断变小并最终趋于稳定；(2)摩擦系数与承压压强负相关，即压强的增大而摩擦系数变小；(3)摩擦系数随老化而增大。

4水利水电工程门式启动机金属结构可靠度分析

随着科学技术的发展,机械设备的自动化水平不断提高,对其现代化程度和完善性要求也越来越高，作为门式启动机需要保证每个环节的正常运行,否则会因机械系统故障而带来不同程度的危害:轻则影响生产,造成经济损失;重则导致人身伤亡和设备严重破坏等重大事故.为此,保证启动机的可靠性已越来越引起人们的重视。

近年来,人们已将可靠性分析成功应用于船舶与海洋工程、航天工程、环境工程等诸多领域，蒙特卡罗法、故障树分析法、模糊数学法已被应用于启动机金属结构可靠性分析中。结构可靠度理论被公认是分析结构可靠性的一种先进而有效的理论。影响水利水电工程启闭机金属结构可靠性的随机变量主要有：所操作闸门的作用水头、浪压力、动水压力、支承摩擦系数；风荷载、金属结构锈蚀量和结构构件抗力。从已有文献并结合水库工程，在启闭机金属结构可靠度计算中，闸门的作用水头可采用正态分布；浪压力可采用极值I型分布；动水压力近似服从正态分布；支承摩擦系数可采用正态分布；风荷载采用极值I型分布、结构构件抗力假定为对数正态分布。在采用叠加原理求取荷载效应时，应采用恰当的函数关系反映随机变量和荷载效

应之间的联系，使产生的误差尽量小。如在建立闸门作用水头与荷载效应之间的关系时，考虑到金属结构工作在弹性阶段，受荷载作用时，其荷载效应与荷载呈线性关系；在考虑闸门作用水头的分布时应该注意闸门作用水头的取值，一般要求闸门不能过顶溢流。在这种情况下，需要对统计所得到的水头作出处理，可截尾处理的Jc法是处理该类问题的有效手段。水库坝顶门机金属结构的强度可靠指标普遍很大，主要是因为设计时比较保守。各构件强度可靠指标相差较大，其中主梁、支腿的失效概率远大于行走梁和横梁的失效概率，整个结构体系的失效概率受主梁、支腿控制。门机金属结构主梁受载的变形不宜过大，否则将影响门机的正常运行，故需要对金属结构刚度予以校核。

结束语

在水利水电工程门式启动机金属结构可靠度方面，一定要更加的明确，同时，要确保水利水电工程门式启动机金属结构可靠度符合要求，本文总结了相关的问题和内容，可供参考。

参考文献：

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