應變電測法在鋼閘門應力檢測中應用

時間：2023-07-26

某河干流攔河閘擔負著城市防洪任務，也是灌溉用水控制工程。現(xiàn)采用應變電測法對鋼閘門進行應力檢測和啟閉機啟閉力檢測，綜合分析鋼閘門目前質(zhì)量和安全情況，為類似工程的設計、檢驗提供借鑒。

鋼閘門情況介紹

主體攔河閘采用露**式平面定輪鋼閘門，孔口尺寸為9.6m*6.0m，單扇鋼閘門重為35t，設計水頭為5.5m，動水啟閉。每扇鋼閘門配備一臺集中驅(qū)動雙吊點固定卷揚式啟閉機，容量為2*400KN。

鋼閘門測試工況確定

以檢測工況符合或接近設計工況為原則。由于閘門荷載以水壓力為主，啟閉機荷載主要為閘門自重加水壓力等。為了獲得較大水壓力，利用汛期高水位（以不影響度汛安全為原則）。利用水位變化規(guī)律來提高上、下游水位差，使檢測工況盡可能接近設計工況?，F(xiàn)場檢測時，閘門上游水位為35.95M，閘門下游無水，堰**高程為30.50m，閘門的作用水頭為5.45m，接近設計水頭為5.50m。

應變片測點布置原則及注意事項

布置原則

1. 測試內(nèi)容為鋼閘門靜應力和啟閉機啟閉力，測點應具有代表性，在高應力區(qū)域和復雜應力區(qū)域應布置足夠數(shù)量的測點；

2. 在滿足檢測目的、委托要求前提下，測點數(shù)量宜少不宜多；

3. 對稱結(jié)構(gòu)可在一側(cè)布置測點，但在對稱側(cè)應布置適當數(shù)量的比照測點，比照測點提供的正式數(shù)據(jù)可為分析時采用。

注意事項

1. 應變片應粘貼牢固并做好防潮處理；

2. 當應變片處于水下時，應做好防水處理；

3. 信號傳輸線應妥善固定，電阻值應確保穩(wěn)定。

測點位置選擇和數(shù)量確定

在進行應力檢測前，首先分析閘門構(gòu)件材質(zhì)，結(jié)構(gòu)特點，荷載條件等。根據(jù)相關規(guī)程對閘門和啟閉機主要構(gòu)件進行應力計算分析，了解結(jié)構(gòu)應力分布情況，確定應力測點位置和數(shù)量。目的是使檢測斷面選擇正確，傳感器原件布置合理，采集的數(shù)據(jù)較具有代表性。

根據(jù)鋼閘門應力分布云圖，確定鋼閘門的應力測點。主要受力構(gòu)件上布置21個測點，其中三向測點4個。測點分別布置在面板、主橫梁后翼緣板、縱梁后翼緣板、主橫梁腹板、縱梁腹板和邊梁后翼緣板上。

啟閉力檢測的測點備選兩處位置：一處在啟閉機的減速箱與小齒輪的傳動軸上；另一處在閘門吊板上。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，選擇將測點布置在閘門**部的吊板上，共粘貼8個工作應變片，合理布設。

確定測點位置后，對測點進行打磨、清洗、定位、貼片、焊線、密封絕緣、引線、聯(lián)機并調(diào)零，最后采集測試數(shù)據(jù)。檢測前均設置了溫度補償片，以消除溫度影響因素。應變片采用502膠與基體粘結(jié)，采用硅膠進行防水。

應力檢測結(jié)果及分析

鋼閘門應力檢測

鋼閘門應力分析采用ANSYS三維有限元法。該工程鋼閘門形式為板、梁組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)其受力特點，考慮計算精度要求，采用8節(jié)實體單元建立閘門結(jié)構(gòu)有限元計算模型。計算模型單元總數(shù)為13008個，節(jié)點總數(shù)為24766個。坐標系定義為：主橫梁軸向為X軸，縱梁軸向為Y軸，水流方向為Z軸。

表1動水啟閉工況下鋼閘門應力理論計算結(jié)果和實測結(jié)果對比

	面板xy向折算應力較大值	1#主橫梁翼緣板x向拉應力較大值	2#主橫梁翼緣板x向拉應力較大值
容許應力σy（MPa）	250.8	150.2	150.2
計算應力σL（MPa）	46.6	91.8	79.2
實測應力σs（MPa）	48.5	100.9	73.7
\|(σs-σL)\|/σs(%)	4.1	9.1	7.5

由表1數(shù)據(jù)可知，鋼閘門面板較大折算應力計算值為46.6MPa，實測計算值為48.5MPa，均小于容許折算應力為250.8MPa；1#主橫梁較大拉應力計算值為91.8MPa，實測值為100.9MPa，2#主橫梁較大拉應力計算值為79.2MPa，實測值為73.7MPa，均小于容許拉應力為150.2MPa。以上3個參數(shù)理論計算值與實測值之間偏差率為4.1%-9.0%，說明理論值與實測值很接近，也說明測試方法科學、合理。

啟閉機啟閉力檢測

表2鋼閘門動水啟閉過程啟閉力實測結(jié)果換算值

過程節(jié)點	開啟瞬間較大啟門力	半開半閉階段較大持住力	完全開啟階段較大持住力	關閉階段較大拉力
換算結(jié)果（KN）	276	210	203	173

由表2可知，在動水工況啟閉閘門過程中，開啟瞬間啟門達到較大值276KN；當閘門開啟高度3m時，較大持住力為210KN；完全開啟時，較大持住力為203KN。閉門階段啟閉力下降明顯，較大拉力為173KN。整個啟閉過程、啟閉力、持住力和關閉過程較大拉力均小于啟閉機的額定容量800KN。

總結(jié)

1. 以上測試結(jié)果表明，應變電測法可用于鋼閘門現(xiàn)場應力檢測，此方法工藝簡單，結(jié)果準確。

2. 為保證測試數(shù)據(jù)準確，要先對被測試構(gòu)件進行復核計算，根據(jù)應力分布情況，合理確定貼片位置和正確選擇應變片種類，同時做好應變片防水，布設溫度補償片；

詞條
詞條說明
大口徑油氣輸送管殘余應力檢測應變片粘貼工藝
盲孔殘余應力測試方法是工程構(gòu)件應力分析中常用的數(shù)據(jù)采集方法之一，由于具有操作簡便、測量可靠性高、對構(gòu)件損傷程度小等特點。廣泛應用于構(gòu)件及焊接殘余應力測試中。在盲孔法殘余應力測試中，應變片的粘貼質(zhì)量將直接影響測試結(jié)果的可靠性和準確性。本文將以大口徑油氣輸送管殘余應力檢測為例，對盲孔法測殘余應力過程中電阻應變片的粘貼工藝進行介紹。測試儀器測試管件：φ1219*18.4mm大口徑厚壁X80鋼管電阻應變片
環(huán)芯法測殘余應力在核電低壓焊接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子上應用
核電低壓焊接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子因其運行應力低，單個鍛件尺寸小、易于制造等等優(yōu)點，被多家汽輪機制造廠選用。根據(jù)行業(yè)標準要求，核電焊接低壓轉(zhuǎn)子大型輪盤鍛件屈服強度要求不**700MPa，而殘余應力要求不**過40MPa，較行業(yè)標準提出了較高的要求。因此，獲得符合標準要求的殘余應力是輪盤鍛件研制的難點之一。目前，殘余應力的測試方法有很多，行業(yè)內(nèi)比較認可的有環(huán)芯法、盲孔法、切割法等機械方法。本文主要是采用環(huán)芯法對輪盤
鑄造箱體環(huán)芯法殘余應力測試
鑄件在凝固和冷卻過程中，由于鐵水自重的影響，以及各部位冷卻條件和尺寸不同而引起溫度和體積變化的差異，使各個部位由塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變到彈性狀態(tài)先后不一，互相牽制，形成殘余應力。殘余應力會引起鑄件翹曲變形，甚至開裂；或在機械加工和長期使用中應力重新分布，造成變形和尺寸精度的損失。為此，對于重要的灰口鑄件，特別是機床鑄件和精密儀器零件，需要進行低溫退火以消除殘余應力，保持零件尺寸穩(wěn)定。本文主要是對鑄造箱體進行
應變電測技術在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度設計中的應用
在進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度設計時，由于結(jié)構(gòu)形狀和實際載荷條件的復雜性，采用常規(guī)的力學理論很難進行準確合理的計算分析。近年來，有限元分析技術在產(chǎn)品設計工作中得到了廣泛的應用，但其成本很高，又不能完全滿足要求。因為假設的簡化條件與實際情況有出入，特別是對鑄造件，其內(nèi)部不可避免存在氣孔、縮松等缺陷，材料的連續(xù)性遭到破壞，應力分布與理想狀態(tài)相差甚遠，如仍用有限元分析計算會產(chǎn)生較大的誤差；因此，用實驗方法驗證設計計