ANSYS在露顶式平面钢闸门三维有限元分析中的应用
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2020-02-14
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ANSYS 在露顶式平面钢闸门三维有限元
分析中的应用
刘婷
1
，王潘绣
1
，张涛
1,2
1 河海大学土木学院，南京（210098）
2 南京电力设计研究院，南京（210013）
E-mail: shekarry0216@sina.com
摘 要：利用 ANSYS 软件对某水闸平面钢闸门作了三维有限元变形、应力计算，得到了该
闸门在静水压力下的变形及应力分布规律，对其刚度、强度进行了校核，得出了一些有益结
论，并用于指导设计。
关键词：露顶式，平面闸门，建模，有限元
1．引言
目前平面钢闸门
[1]
的计算，主要是按平面体系考虑进行计算，而在实际工作中，它是一
个完整的空间结构体系，作用外力和荷载将由全部组成构件共同传递分担。因此，在按平面
体系计算各个构件内力时，不管作了多么精细的假定，总是不能完善的体现出它们真实的工
作情况。随着钢结构以及结构应力计算分析的理论日趋成熟，在水工钢闸门设计中已经引入
空间有限元分析方法来结构应力的核算作用。
2．闸门有限元建模
2.1 计算软件
ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软
件，可广泛地应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国
防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科
学研究。ANSYS 软件是第一个通过 ISO9001 质量认证的大型分析设计类软件，是美国机械
工程师协会（ASME）、美国核安全局（NQA）及近二十种专业技术协会认证的标准分析软
件，功能强大、通用性好、具有良好开放性，对大型结构件在分析计算时比较方便且精度较
高
[2][3]
。该软件采用 APDL 参数化设计语言,能和 AutoCAD, UG, SolidWorks, I-DEAS, PRO/E
等多种 CAD 软件接口，因此钢闸门空间有限元分析选用 ANSYS 软件进行建模、计算与后
处理。
2.2 设计资料
某露顶式平面钢闸门梁系结构采用同层布置，梁高采用复式布置和齐平连接，水平次梁
穿过横隔板上的预留空并被横隔板所支撑。水平次梁为连续梁，其间距上疏下密，梁格布置
的具体尺寸如图 1 所示，闸门的荷载跨度为 10.0m。
根据实际布置及止水需要，闸门面板侧为下游，梁系结构侧为上游，闸门底高程为 3.0
米，正常水位上游 9.0 米，下游无水。从图 1看出，从平面体系进行结构设计与刚度、强度
校核，上游水压力分配是设计一个难点，不确定因素较多，故采用三维有限元进行校核。
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