应变电测法在钢闸门应力检测中应用

时间：2023-07-26

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**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。为了获得较大水压力，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**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**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

	面板xy向折算应力较大值	1#主横梁翼缘板x向拉应力较大值	2#主横梁翼缘板x向拉应力较大值
容许应力σy（MPa）	250.8	150.2	150.2
计算应力σL（MPa）	46.6	91.8	79.2
实测应力σs（MPa）	48.5	100.9	73.7
\|(σs-σL)\|/σs(%)	4.1	9.1	7.5

由表1数据可知，钢闸门面板较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#主横梁较大拉应力计算值为91.8MPa，实测值为100.9MPa，2#主横梁较大拉应力计算值为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

过程节点	开启瞬间较大启门力	半开半闭阶段较大持住力	完全开启阶段较大持住力	关闭阶段较大拉力
换算结果（KN）	276	210	203	173

由表2可知，在动水工况启闭闸门过程中，开启瞬间启门达到较大值276KN；当闸门开启高度3m时，较大持住力为210KN；完全开启时，较大持住力为203KN。闭门阶段启闭力下降明显，较大拉力为173KN。整个启闭过程、启闭力、持住力和关闭过程较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；

词条
词条说明
水工门式启闭机动静态载荷应力测试
水工门式启闭机是水利工程中使用的大型设备，其金属结构是保证设备正常运行和稳定性的重要基础。金属结构应力测试与分析是评估水工门式启闭机结构强度和稳定性的重要手段。下面，本文将从应力测试与分析的原理和方法、影响金属结构应力的因素、实际测试与分析等方面进行探讨。应力测试与分析的原理和方法金属结构应力测试主要是基于应变测试的原理，应变测量的原理是将应变传感器贴在测试件表面，通过应变仪对应变值进行采集和分析
环芯法残余应力测量案例分析
残余应力是指产品在没有外力和力矩的作用下，其内部产生的应力值，这些内部力和力矩通常相互平衡。现在残余应力测量方法有很多，主要方法有盲孔法、环芯法、切割法以及x射线、磁测法等。环芯法属于部分损坏检测法，又称部分释放法。本文主要是介绍环芯法测量残余应力的原理及实际案例分析。环芯法测量残余应力工作原理环芯法采用机械应变方法测量残余应力，所依据的标准是JB/T8888-1999。环芯法的基本原理是通过在转
法兰轴承残余应力测试试验
法兰轴承的生产一般经过铸造、调质、机加工等多道工序，每道工序都有可能产生残余应力。为了保证产品的可靠性和安全性，需要对不同加工工序后的残余应力进行检测，用以验证工艺，改进工艺，确保产品的性能。残余应力测试方法有很多种，由于法兰轴承工件外形各式各样，结构复杂，因此选择盲孔法测残余应力。以下为某型法兰轴承残余应力测试的过程：试验仪器试验仪器：采用南京聚航科技的JHMK多点残余应力测量系统，由JHYC静
振动时效工艺在起重机制造中的应用
目前，我国使用的起重机机械结构件大部分是焊接件，只有少部分是铆接件。而对于焊接件的起重机械结构件来讲，大部分的结构件都存在着焊接残余应力。如果没有及时消除焊接残余应力，在产品的组装与使用中，都会造成不利的影响。其中，机械在使用一段时间后，焊接应力会得到一定程度的消除，从而降低起重机械的翘度值和主梁拱度。国家有关部门规定，如果起重机的翘度值和主梁拱度降到一定的数值之后，就不能继续进行使用。所以，为了