[发明专利]一种弧形闸门重心的近似计算方法

说明书

本发明公开了一种弧形闸门重心的近似计算方法，包括以下步骤：步骤1，计算全关状态时弧形闸门各构件i的重量m_i及等效重力力臂r_Gi,j；步骤2，计算全关状态时直角坐标系表示的弧形闸门重力力臂r_j；步骤3，计算全关状态时极坐标表示的弧形闸门重力力臂r_G，其中：r_G＝r_j/sinθ_G，θ_G＝θ_w；式中，θ_w为弧形闸门全关状态时总水压力作用线与竖向夹角。本发明能够简洁、高效地计算出弧形闸门重心，且计算误差小。

技术领域

本发明属于水利水电工程技术领域，特别涉及一种弧形闸门重心的近似计算方法。

背景技术

弧形闸门重心是影响启闭力的重要因素。与平面闸门不同，弧形闸门结构复杂，其重心不易准确获取。我国《水利水电工程钢闸门设计规范SL 74-2013》和《水电工程钢闸门设计规范NB 35055-2015》均只简单地给出了弧形闸门启闭力计算的表达式，其中重力矩采用自重与力臂之积表示，但并没有给出弧形闸门重心的计算公式。长期以来，弧形闸门重心计算通常采用经验公式，即近似认为重心位于弧形闸门全关时总水压力作用线上距支铰中心0.8或0.85倍半径处。该经验公式综合考虑了弧形闸门实际外荷载和主框架合理刚度比，依据等安全度水平设计理念，并结合大量工程经验得到，概念清楚、计算简便，在工程界得到了普遍的应用。但是该公式未考虑弧形闸门设计时实际重量分布，更不能体现弧形闸门优化设计过程中重心随结构形式的动态变化，必然存在较大的误差。

随着计算机三维辅助设计平台的开发和普遍应用，设计人员只需要建立弧形闸门的三维模型，便可以获取弧形闸门重心的精确值。但是目前这种方法难以将弧形闸门结构优化与启闭机布置优化放在同一平台上通过程序实现。设计人员往往需要将采用平面体系法设计的弧形闸门在三维辅助设计平台上建立模型，得到重心后再进行启闭力计算和布置优化，计算和优化效率低下，也得不到弧形闸门结构和启闭机布置的全局最优结果。此外，三维辅助设计平台需要耗费大量计算机容量，计算时间也较长。设计中期望能有一套弧形闸门重心和重力矩的解析计算公式，进而能将弧形闸门结构计算与启闭机布置优化结合，以便得到全局最优解。

针对弧形闸门重心的解析计算法，目前可以采用的是组合法。组合法计算弧形闸门重心的思路如下：计算出闸门全关状态时各构件的重量m_i及对其主惯性轴的重心x_0Ci，进而通过坐标变换计算出各构件在直角坐标系xoy下的重心(x_Ci,y_Ci)，然后计算出直角坐标系下弧形闸门重心(x_C,y_C)，则易得出弧形闸门重心的极坐标表示式：θ_G＝arctan(x_C/y_C)。该方法与经验公式和三维模型相比较，具备一定的优势，但是需要计算各个构件的重心，且需坐标变换，计算过程仍较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中经验公式精度低、三维模型建模复杂、组合法计算过程复杂的不足，提供一种简洁、高效、计算误差小的弧形闸门重心近似计算方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种弧形闸门重心的近似计算方法，其特点是包括以下步骤：

步骤1，计算全关状态时弧形闸门各构件i的重量m_i及等效重力力臂r_Gi,j；

步骤2，计算全关状态时直角坐标系表示的弧形闸门重力力臂r_j；