本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及水利水電工程通航建筑物領(lǐng)域，特別是涉及通航建筑物擋水閘門(mén)的防撞方法，具體是在通航建筑物擋水閘門(mén)的正前方設(shè)置剛性防撞梁，所述剛性防撞梁的兩端均連接有自動(dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)剛性防撞梁在塑性變形階段應(yīng)變?cè)黾佣鴳?yīng)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(dòng)能。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)克服了基于剛性防撞梁彈性變形消能原理設(shè)計(jì)的剛性防撞梁因撞擊載荷過(guò)大引起的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大的問(wèn)題，解決了采用鋼絲繩彈性變形和液壓緩沖油缸聯(lián)合消能技術(shù)帶來(lái)的系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，設(shè)備制造安裝精度要求高，維修量大，工作可靠性差等問(wèn)題，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及水利水電工程通航建筑物領(lǐng)域，特別是涉及。
技術(shù)介紹
水利樞紐的船閘和升船機(jī)等通航設(shè)施的擋水閘門(mén)，需要設(shè)置防撞裝置以免受失速船舶的撞擊。目前船閘和升船機(jī)的防撞裝置的消能技術(shù)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沖聯(lián)合消能。現(xiàn)有技術(shù)一直偏見(jiàn)地認(rèn)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(zhǎng)區(qū)間做功吸能，使鋼梁在遭受船只撞擊時(shí)結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制在彈性變形范圍內(nèi)。由于現(xiàn)有技術(shù)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，僅僅適用于承載結(jié)構(gòu)能力較強(qiáng)的船閘及升船機(jī)閘首上，不適用于升船機(jī)船廂閘門(mén)的防撞；而利用鋼絲繩的彈性變形和液壓油缸的緩沖聯(lián)合消能原理，在船閘和升船機(jī)中均有應(yīng)用，但利用這種原理設(shè)計(jì)的防撞裝置構(gòu)造復(fù)雜，由于船只撞擊時(shí)鋼絲繩的彈性變形及油缸的位移較大，船廂水域的長(zhǎng)度需因此加大，造成船廂重量及尺寸的增加，并且設(shè)備制造安裝精度要求高，動(dòng)作環(huán)節(jié)多，工作可靠性差，維護(hù)工作量大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的是為了克服了現(xiàn)有技術(shù)的偏見(jiàn)，提供一種基于剛性防撞梁的塑性變形消能原理，實(shí)現(xiàn)通航建筑物擋水閘門(mén)防撞的目的，并提供塑性變形防撞方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)提供的，其特別之處在于在通航建筑物擋水閘門(mén)的正前方設(shè)置剛性防撞梁，所述剛性防撞梁的兩端均連接有自動(dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)剛性防撞梁在塑性變形階段應(yīng)變?cè)黾佣鴳?yīng)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(dòng)能。上述自動(dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置包括設(shè)置在通航建筑物擋水閘門(mén)的正前方上部的定滑輪，所述定滑輪的一端通過(guò)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(guò)鋼絲繩與動(dòng)滑輪的一端連接，所述動(dòng)滑輪的另一端固定連接在通航建筑物擋水閘門(mén)的正前方上部，所述動(dòng)滑輪的滑輪軸與油缸的輸出端連接，所述油缸設(shè)置在油缸支座上。本專(zhuān)利技術(shù)基于基于剛性防撞梁塑性變形消能的原理實(shí)現(xiàn)了擋水閘門(mén)防撞的目的的原理如下如圖1所示的合金結(jié)構(gòu)鋼的σ-ε實(shí)驗(yàn)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(yīng)力在該區(qū)間工作時(shí)，當(dāng)撞擊力達(dá)到一定程度時(shí)，彎曲梁在最大內(nèi)力截面形成塑性鉸，此時(shí)應(yīng)變?cè)黾佣鴳?yīng)力不增加，即變形增加而傳至導(dǎo)承槽的撞擊力不增加。如鋼防撞梁的設(shè)計(jì)塑性應(yīng)變?yōu)?%，則應(yīng)變能密度為區(qū)域OEPBAO的面積，該面積接近彈性應(yīng)變能密度Λ OEA面積的10倍，這說(shuō)明在同樣的結(jié)構(gòu)尺寸及同樣的撞擊力條件下，剛性防撞梁的吸能能力遠(yuǎn)大于彈性梁。因此，采用塑性設(shè)計(jì)可顯著減小剛性防撞梁的橫截面積，使船舶動(dòng)能主要依靠剛性防撞梁的塑形變形能吸收，進(jìn)而減少結(jié)構(gòu)承受的撞擊力。本專(zhuān)利技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)的偏見(jiàn)，基于剛性防撞梁塑性變形消能的原理實(shí)現(xiàn)了擋水閘門(mén)防撞的目的，克服了基于剛性防撞梁彈性變形消能原理設(shè)計(jì)的剛性防撞梁因撞擊載荷過(guò)大引起的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大的問(wèn)題，解決了采用鋼絲繩彈性變形和液壓緩沖油缸聯(lián)合消能技術(shù)帶來(lái)的系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，設(shè)備制造安裝精度要求高，維修量大，工作可靠性差等問(wèn)題，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1為本專(zhuān)利技術(shù)剛性防撞梁的σ - ε實(shí)驗(yàn)曲線和冪函數(shù)塑性本構(gòu)關(guān)系曲線。圖1中其中，實(shí)線表示剛性防撞梁的σ-ε實(shí)驗(yàn)曲線，雙點(diǎn)劃線為其冪函數(shù)塑性本構(gòu)關(guān)系曲線，該曲線通過(guò)材料的屈服極限、屈服應(yīng)變、強(qiáng)度極限及對(duì)應(yīng)應(yīng)變等參數(shù)值通過(guò) 曲線擬合技術(shù)獲得。塑性鋼梁的應(yīng)力應(yīng)變范圍為0ΕΡΒ0，其面積代表其應(yīng)變能密度，彈性工作范圍為三角0ΑΕ，其面積遠(yuǎn)小于0ΕΡΒ0。圖2為本專(zhuān)利技術(shù)中的剛性防撞梁及其驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-剛性防撞梁；2_定滑輪；3_鋼絲繩；4_動(dòng)滑輪；5_油缸；6_油缸支座。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，具體是在通航建筑物擋水閘門(mén)的正前方設(shè)置剛性防撞梁，剛性防撞梁的兩端均連接有自動(dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)剛性防撞梁在塑性變形階段應(yīng)變?cè)黾佣鴳?yīng)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(dòng)能。自動(dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括設(shè)置在通航建筑物擋水閘門(mén)的正前方上部的定滑輪2，定滑輪2的一端通過(guò)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(guò)鋼絲繩3與動(dòng)滑輪4的一端連接，動(dòng)滑輪4的另一端固定連接在通航建筑物擋水閘門(mén)的正前方上部，動(dòng)滑輪4的滑輪軸與油缸5的輸出端連接，油缸5設(shè)置在油缸支座6上。在船舶正常行駛或停靠時(shí)，剛性防撞梁I通過(guò)油缸5驅(qū)動(dòng)，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(shí)，由驅(qū)動(dòng)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(dāng)剛性防撞梁I受到撞擊時(shí)，撞擊載荷通過(guò)剛性防撞梁I端部傳至船舶的導(dǎo)承槽消能，保護(hù)船舶以免被撞壞。本專(zhuān)利技術(shù)的工作原理如圖1所示，剛性防撞梁I的尺寸設(shè)計(jì)根據(jù)塑性變形計(jì)算，采用冪函數(shù)塑性本構(gòu)關(guān)系σ =A ε n，區(qū)域OEPBO的面積和區(qū)域OQBO的面積，以及區(qū)域OEPSCO的面積與虛線和橫坐標(biāo)軸圍成的區(qū)域OSCO的面積相當(dāng)接近，因此其應(yīng)變能密度非常接近。僅從吸收能量考慮，冪函數(shù)塑性本構(gòu)關(guān)系有足夠的精度。而區(qū)域OEPBO的面積僅為區(qū)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(huì)因船只的撞擊而斷裂。根據(jù)冪函數(shù)塑性本構(gòu)關(guān)系σ =AenW及剛性防撞梁I的受力特點(diǎn)，可推導(dǎo)出所吸收能量與設(shè)計(jì)塑性應(yīng)變的函數(shù)關(guān)系T=f(A，n，a，ε)，式中T為船舶撞擊動(dòng)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(shè)計(jì)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 ;然后根據(jù)剛性防撞梁I的實(shí)際斷面尺寸a、實(shí)際應(yīng)變?chǔ)?^以及最大撞擊力和船舶撞擊動(dòng)能的關(guān)系，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(shè)計(jì)所允許的最大撞擊力。需要說(shuō)明的是，以上的具體實(shí)施方式僅用以說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換， 而不脫離本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本專(zhuān)利技術(shù)的權(quán)利要求范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種，其特征在于在通航建筑物擋水閘門(mén)的正前方設(shè)置剛性防撞梁，所述剛性防撞梁的兩端均連接有自動(dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)剛性防撞梁在塑性變形階段應(yīng)變?cè)黾佣鴳?yīng)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(dòng)能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，其特征在于所述自動(dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置包括設(shè)置在通航建筑物擋水閘門(mén)的正前方上部的定滑輪，所述定滑輪的一端通過(guò)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(guò)鋼絲繩與動(dòng)滑輪的一端連接，所述動(dòng)滑輪的另一端固定連接在通航建筑物擋水閘門(mén)的正前方上部，所述動(dòng)滑輪的滑輪軸與油缸的輸出端連接，所述油缸設(shè)置在油缸支座上。全文摘要本專(zhuān)利技術(shù)涉及水利水電工程通航建筑物領(lǐng)域，特別是涉及通航建筑物擋水閘門(mén)的防撞方法，具體是在通航建筑物擋水閘門(mén)的正前方設(shè)置剛性防撞梁，所述剛性防撞梁的兩端均連接有自動(dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)剛性防撞梁在塑性變形階段應(yīng)變?cè)黾佣鴳?yīng)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(dòng)能。本專(zhuān)利技術(shù)克服了基于剛性防撞梁彈性變形消能原理設(shè)計(jì)的剛性防撞梁因撞擊載荷過(guò)大引起的相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種船閘和升船機(jī)的擋水閘門(mén)防撞方法，其特征在于：在通航建筑物擋水閘門(mén)的正前方設(shè)置剛性防撞梁，所述剛性防撞梁的兩端均連接有自動(dòng)升降驅(qū)動(dòng)裝置，根據(jù)剛性防撞梁在塑性變形階段應(yīng)變?cè)黾佣鴳?yīng)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(dòng)能。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鈕新強(qiáng)，廖樂(lè)康，于慶奎，單毅，王蒂，朱虹，方曉敏，余友安，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，
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