龔莊子進水閘金屬結(jié)構(gòu)安全檢測及評估

劉明杰 苗圃 劉伯宇 王偉臣 楊若雪

摘??要：水閘的金屬結(jié)構(gòu)安全會影響水閘的運行安全。京密引水渠龔莊子進水閘已投入運行六十余年，其金屬結(jié)構(gòu)必然會產(chǎn)生一定程度的銹蝕和變形等病害。為了確保龔莊子進水閘的安全運行，需要掌握其金屬結(jié)構(gòu)存在的不足從而做出應對措施。該研究使用了多種技術(shù)方法對龔莊子進水閘的金屬結(jié)構(gòu)進行檢測，然后綜合檢測結(jié)果，評估了金屬結(jié)構(gòu)的安全狀況，為水閘的安全運行及管理提供技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：龔莊子進水閘??金屬結(jié)構(gòu)??安全檢測??安全評估

中圖分類號：??TV7????????????文獻標識碼：?A

Safety?Testing?and?Evaluation?of?Metal?Structure?of?the?Gongzhuangzi?Intake?Sluice

LIU?Mingjie??MIAO?Pu??LIU?Boyu??WANG?Weichen??YANG?Ruoxue

（Beijing?Jingmi?Water?Diversion?Management?Office，?Beijing，101400?China）

Abstract：?The?safety?of?metal?structure?of?the?sluice?will?affect?the?safe?operation?of?the?sluice.?The?Gongzhuangzi?intake?sluice?of?Jingmi?Aqueduct?has?been?running?for?more?than?60?years，?and?its?metal?structure?inevitably?exists?a?certain?degree?of?corrosion，?deformation?and?other?diseases.?In?order?to?ensure?the?safe?operation?of?the?Gongzhuangzi?intake?sluice，?it?is?necessary?to?grasp?the?shortcomings?of?its?metal structure?and?take?corresponding?measures.?This?study?uses?a?variety?of?technical?methods?to?detect?metal?structure?of?the?Gongzhuangzi?intake?sluice，?an?then?synthesizes?detection?results?to?evaluate?the?safety?status?of?metal?structure，?so?as?to?provide?technical?basis?for?the?safe?operation?and?management?of?the?sluice.

Key?Words：?Gongzhuangzi?intake?sluice;?Metal?structure;?Safety?testing;?Safety?evaluation

龔莊子進水閘位于京密引水渠首，1961年建成。龔莊子進水閘共2孔，每孔設有寬2.5?m，高4?m的平板鋼閘門，設計流量為70?m3/s。閘室基礎(chǔ)為巖石基礎(chǔ)，閘室底板高程86.00?m。機架橋上設有單層啟閉機機房，機房內(nèi)布置有2臺螺桿式啟閉機，無遠程控制系統(tǒng)，啟閉機具備手搖操作啟閉功能。龔莊子進水閘工程主要擔任龔莊子水庫與京密引水渠之間調(diào)節(jié)水位、控制流量的任務，自投入運行至今，已發(fā)揮出了重要作用。由于運行時間較長，其金屬結(jié)構(gòu)難免會產(chǎn)生問題與缺陷。為確保龔莊子進水閘持續(xù)安全運行，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范[1]，開展了金屬結(jié)構(gòu)安全檢測。

1??檢測內(nèi)容和方法

（1）閘門外觀檢測：主要對象包括閘門主體以及閘門各構(gòu)件。

（2）閘門腐蝕量檢測：采用超聲波測厚儀進行測量，操作效率高，結(jié)果精準[2][3]。利用相機等工具對銹蝕程度嚴重的部位做好記錄。

（3）閘門材料檢測：采用綜合分析法[4]。在不影響設備正常安全運行的情況下，取少量試樣進行試驗，分析材料的化學成分，同時通過檢測材料硬度來確定材料的抗拉強度，結(jié)合兩項檢測結(jié)果進行分析，從而判定材料的牌號。

（4）焊縫無損探傷：使用LG600型探傷儀對設備的主要受力焊縫內(nèi)部質(zhì)量進行超聲波檢測，分析檢測結(jié)果，鑒定焊縫內(nèi)部是否存在超標缺陷。

（5）閘門結(jié)構(gòu)復核計算：按第4強度理論對工作閘門進行強度、剛度校核，使用三維CAD軟件完成分析目標的幾何模型構(gòu)建，利用有限元法進行復核計算。

（6）啟閉機啟閉力檢測：采用動態(tài)信號測試系統(tǒng)進行閘門啟閉力檢測，判斷是否滿足啟閉機額定荷載的要求。

（7）啟閉機運行狀況檢測：檢測啟閉機結(jié)構(gòu)是否完整，以及主要零部件有無缺陷。

2??檢測結(jié)果

2.1??閘門外觀檢測

閘門外觀檢測主要檢查閘門門體及其構(gòu)件是否產(chǎn)生妨礙閘門安全運行的問題?，F(xiàn)場檢測結(jié)果顯示：目前龔莊子進水閘閘門結(jié)構(gòu)完整，門體及主要構(gòu)件未見變形、損傷等異常狀況，門槽及附近混凝土未見明顯空蝕、淘空等現(xiàn)象；閘門啟閉過程中運行平穩(wěn)未見異常；閘門防腐涂層基本完整有效。目前閘門主要構(gòu)件存在整體輕微腐蝕現(xiàn)象，其中閘門主梁腹板腐蝕較重，有密集成片的蝕坑。

2.2??閘門腐蝕量檢測

腐蝕量檢測對象為1#工作閘門主要構(gòu)件。檢測發(fā)現(xiàn)：主梁腹板嚴重銹蝕，最大蝕坑深度2.0～3.0?mm，蝕坑密集成片已無法計數(shù)；邊梁腹板嚴重銹蝕，最大蝕坑深度1.0?mm，?300?mm×300?mm范圍內(nèi)的蝕坑數(shù)量小于30；主梁構(gòu)件已有一定程度的削弱。檢測結(jié)果列于表1。

2.3??閘門材料檢測

由于歷史的原因，無法從竣工資料中獲取龔莊子進水閘工作閘門的材料牌號，因此需要通過材料檢測來分析材料的化學成分，鑒別材料牌號。選取1#工作閘門左側(cè)縱梁腹板進行取樣。取得試樣后，先清理試樣表面，去除污垢、附著物、銹蝕等影響化驗結(jié)果的雜物，然后進行化驗，化學成分測試結(jié)果列于表2。

根據(jù)表2所列數(shù)據(jù)可知：閘門左側(cè)縱梁腹板的化學成分與碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235B完全符合?？梢源_定，閘門主要構(gòu)件所使用的材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235B。

2.4??閘門焊縫無損探傷

超聲波探傷為抽檢項目，不同類型焊縫的抽檢比例應不得少于規(guī)程規(guī)定的抽檢比例。以龔莊子進水閘1#工作閘門為檢測對象。檢測部位：主梁腹板與邊梁腹板組合焊縫，面板對接焊縫。焊縫超聲波探傷結(jié)果表明：閘門所有受檢焊縫均未發(fā)現(xiàn)有超標缺陷及裂紋缺陷存在。典型工作閘門焊縫超聲波探傷結(jié)果圖3所示。

2.5??閘門安全復核計算

閘門復核計算按第4強度理論對工作閘門進行強度、剛度校核，采用有限元法，使用三維CAD軟件完成分析目標的幾何模型構(gòu)建。以1#工作閘門為復核對象，閘門形式為潛孔式平面定輪閘門，孔口尺寸（寬×高）為2.5?m×4.0?m，設計水頭7?m，閘門自重4?000?kg，閘門結(jié)構(gòu)材料為A3鋼。龔莊子進水閘1#工作閘門復核計算結(jié)果見表3，等效應力云圖及水流下游方向位移云圖分別如圖4、圖5所示。

龔莊子進水閘工作閘門核計算結(jié)果表明：主要構(gòu)件結(jié)構(gòu)強度、結(jié)構(gòu)剛度的安全裕度較大，閘門結(jié)構(gòu)是安全的。因主梁腹板存在多處較深蝕坑，構(gòu)件強度降低，其應力富裕度小于50%，建議對其加強觀測。進水閘工作閘門計算的啟門力小于閘門起升設備的額定容量，能夠依靠閘門自重閉門，因閘門啟閉機為螺桿式啟閉機，不存在無法閉門的情況，龔莊子進水閘工作閘門運行是安全的[5-6]。

2.6??啟閉力檢測

啟閉力檢測對象為1#工作閘門。檢測工況如下：閘門前實時水位6.7?m，閘門后無水，閘門在全閉狀態(tài)下布置應變片并連接動態(tài)信號測試系統(tǒng)發(fā)送端，測試時閘門由全閉提升250?mm后回落至閉門，整個過程中由動態(tài)信號測試系統(tǒng)記錄應變（應力）的變化值。

檢測結(jié)果如圖6所示：測點在啟門狀態(tài)下，測試數(shù)據(jù)最大值11.73?MPa，經(jīng)計算得螺桿啟閉機最大啟門力為74.6?kN。因此，在實測水位（6.7?m）下，閘門實測最大啟門力（74.6?kN），小于啟閉機的額定容量（100?kN），滿足啟門要求，且閘門能依靠自重關(guān)閉。

2.7??啟閉機安全檢測

現(xiàn)場檢測結(jié)果表明，啟閉機結(jié)構(gòu)完整，主要零部件未見損傷、變形等影響啟閉機安全運行的缺陷，閘門啟閉過程中，啟閉機運行平穩(wěn)未見異常。經(jīng)現(xiàn)場檢測運行，啟閉機運行狀況總體良好。

但啟閉設備仍存在一些問題：如圖7所示，1#及2#螺桿啟閉機機箱無潤滑油液面觀察窗，建議增設；如圖8所示，1#及2#螺桿啟閉機控制面板上無急停按鈕，建議增設；1#螺桿啟閉機下限位設置不正確，閘門閉門至下限位停機時，閘門仍未完全關(guān)閉，需要人工操作才可完全閉門，建議對下限位重新設置[7-10]。

3??結(jié)語

采用多種技術(shù)方法對龔莊子進水閘金屬結(jié)構(gòu)進行了綜合檢測以及相關(guān)的復核計算，結(jié)果顯示：閘門結(jié)構(gòu)完整，腐蝕情況較為嚴重；閘門主要構(gòu)件成分為碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235B；閘門主要焊縫內(nèi)部質(zhì)量超聲波無損探傷抽檢合格；啟閉機容量可以保證閘門正常啟閉；啟閉機結(jié)構(gòu)完整，運行平穩(wěn)。依據(jù)相關(guān)的規(guī)范，結(jié)合對閘門金屬結(jié)構(gòu)安全檢測成果的分析，認為龔莊子進水閘工作閘門及啟閉機可以繼續(xù)安全使用。

龔莊子進水閘金屬結(jié)構(gòu)安全檢測結(jié)果基本滿足標準要求，雖然具有一定的質(zhì)量缺陷，但是整座水閘依然能夠正常安全地運行。此次檢測成果可為確保進水閘安全運行提供科學依據(jù)。

參考文獻

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