一、技術簡介

本成果首次係統研究了中厚板理論、深梁理論和非線性穩定理論在高水頭大跨度閘門結構設計中與薄板理論、細長梁理論和線性穩定理論的區別，定量探明了閘門結構的空間效應及力學機製，並製定了閘門結構有規可依且科學高效的空間體係法初步分析原則，提高了水工鋼閘門設計的質量。同時采用空間體係法對水工鋼閘門空間結構的合理布置進行了係統研究，解決了閘門門葉結構與支臂結構的空間布置問題，提高了水工鋼閘門整體結構的強度、剛度和穩定性。采用空間體係法對支臂結構豎撐和斜撐的布置位置及不同位置的影響進行了定量研究，為支臂結構中豎撐和斜撐的合理布置奠定了理論基礎。對水工鋼閘門支臂結構的豎撐和斜撐進行了合理布置，提高了支臂結構的強度、剛度和穩定性。同時將空間體係法與全過程三維參數化設計相結合對水工鋼閘門直接進行參數化設計，實現了真正意義上的三維正向設計，提高了水工鋼閘門設計效率。截至目前，閘門空間體係法設計技術在小浪底水利樞紐明流洞弧形閘門結構分析、烏魯瓦提水利樞紐泄洪洞和排沙洞弧形閘門結構分析、馬來西亞芭蕾低位洞出口偏心鉸弧形工作閘門結構設計、古賢水利樞紐泄洪底孔偏心鉸弧形工作閘門結構設計等工程中進行了應用。

二、主要技術指標

2024年6月1日，黃委國科局組織召開了專家鑒定會，專家一致認為該研究成果：

1）係統研究了中厚板理論、深梁理論和雙重非線性穩定理論，並在閘門結構設計中進行了應用，探明了水工鋼閘門結構的空間效應及力學機製，提出了科學高效、準確規範的空間體係法分析原則與方法，提高了水工鋼閘門設計理論水平；

2）采用空間體係法對水工鋼閘門結構布置進行了係統研究，提出了閘門空間結構合理布置新方法，破解了閘門空間結構布置全局優化的難題；

3）將全過程三維參數化設計方法與空間體係法結合，研發了水工鋼閘門智能設計軟件，實現了水工鋼閘門結構參數化設計和三維正向設計，顯著提高了設計的準確性及效率。

三、社會經濟效益、應用情況及適用範圍

（1）社會經濟效益：2023年本技術在小浪底水利樞紐工程3號明流洞弧形閘門運行方式優化提升中進行了應用，為小浪底明流洞弧形閘門的局開運用奠定了理論基礎，從而為小浪底水利樞紐工程進一步發揮調水調沙功能發揮了重要作用，具有重要的生態效益。通過對新疆烏魯瓦提水利樞紐工程衝沙洞和泄洪排沙洞弧形閘門靜動力結構分析，為烏魯瓦提水利樞紐泄洪排沙洞弧形閘門局開運用奠定了理論基礎，增加排沙量約20%左右，延長了水庫的使用壽命。

（2）應用情況：2023年本技術在小浪底水利樞紐工程3號明流洞弧形閘門運行方式優化提升中進行了應用，為小浪底明流洞弧形閘門的局開運用奠定了理論基礎，從而為小浪底水利樞紐工程進一步發揮調水調沙功能發揮了重要作用。通過對新疆烏魯瓦提水利樞紐工程衝沙洞和泄洪排沙洞弧形閘門靜動力結構分析，為烏魯瓦提水利樞紐泄洪排沙洞弧形閘門局開運用奠定了理論基礎，增加排沙量約20%左右，進而延長了水庫的使用壽命。采用空間體係法直接對芭蕾低位洞偏心鉸弧形閘門、古賢水利樞紐泄洪排沙洞偏心鉸弧形閘門進行全過程三維正向設計，解決了偏心鉸弧形閘門結構設計中的關鍵技術問題，彌補了傳統平麵體係設計方法在計算理論和成果表達方麵的不足。

（3）適用範圍：本研究成果及技術可豐富完善已采用六十年經七次修訂依然基於平麵體係法設計的閘門規範、推動國內外閘門整體設計水平的發展和進步、實現閘門結構整體分析目標、支撐閘門結構全流程CAE設計、探索新型閘門結構、校核服役期閘門結構安全性、複演和查找閘門失事過程等方麵具有重要應用價值。

四、技術圖片

圖1 典型工程三維模型

圖2 典型工程結構分析

五、其他

技術持有單位：黃河勘測規劃設計研究院有限公司

技術聯係人：張雪才，高級工程師，18821793862，0371-66023655， xnzxc1990@163.com