弧形鋼閘門支臂弦桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化布置研究

摘 要：基于特征屈曲分析方法理論，考慮弦桿結(jié)構(gòu)材料利用率，采用數(shù)值模擬方法對無弦桿、單弦桿、雙弦桿支臂穩(wěn)定性進行計算，分析弦桿位置、數(shù)量和截面特性對鋼閘門支臂穩(wěn)定性的影響，提出弦桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化布置方案，在此基礎(chǔ)上對鋼閘門支臂整體穩(wěn)定性進行有限元分析。結(jié)果表明：對于單弦桿支臂，弦桿與支鉸的距離／ 支臂總長度（ ｌ ／ ｍ） ?。埃叮啊埃罚?時，支臂單位質(zhì)量承載力最大；遠離支鉸端布置雙弦桿可提高支臂單位質(zhì)量承載力，但是弦桿間距不宜過大。從支臂弦桿結(jié)構(gòu)尺寸分析，弦桿寬高比取值為１．４時，支臂整體穩(wěn)定性較好；支臂翼緣／ 腹板厚度（ｔ３ ／ ｔ４）的取值對其單位質(zhì)量承載力基本無影響，布置時主要考慮使支臂滿足局部穩(wěn)定性即可。增加弦桿后可提升鋼閘門剛度、改善應(yīng)力狀態(tài)，主要使支臂的最大等效應(yīng)力發(fā)生變化，即單弦桿支臂比無弦桿支臂減?。福矗矗?，雙弦桿支臂比無弦桿支臂減小１２．９９％。

關(guān)鍵詞：弧形鋼閘門；支臂弦桿；有限元分析；單位質(zhì)量承載力；優(yōu)化布置

中圖分類號：ＴＶ６６３＋ ．２ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２５．０４．０２３

引用格式：王晨，劉亞坤，張帝，等．弧形鋼閘門支臂弦桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化布置研究［Ｊ］．人民黃河，２０２５，４７（４）：１４５－１５１．

０ 引言

水工鋼閘門結(jié)構(gòu)安全關(guān)系整個水利樞紐的平穩(wěn)運行和下游人民的生命財產(chǎn)安全?；⌒武撻l門具有結(jié)構(gòu)輕盈、泄流流態(tài)好、啟閉方便等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用［１］ 。從受力特性來看，弧形鋼閘門通過支臂結(jié)構(gòu)將面板承受的水荷載傳遞至閘墩，支臂作為重要的受力結(jié)構(gòu)，其安全尤為重要。分析多個事故案例［２－４］ 發(fā)現(xiàn)，鋼閘門多因支臂屈曲失穩(wěn)而發(fā)生破壞，為提升結(jié)構(gòu)承載力和剛度，多在支臂間布置連接系。目前學者們針對支臂屈曲失穩(wěn)以及提高支臂承載力進行了大量研究。例如：王正中團隊［５－８］ 提出了鋼閘門樹狀支臂結(jié)構(gòu)及仿生支臂，對傳統(tǒng)支臂結(jié)構(gòu)與新型支臂結(jié)構(gòu)進行了對比，豐富了弧形鋼閘門設(shè)計理論；鄭圣義等［９］ 建立６ 種桁架式支臂鋼閘門，探究了縱向連接系對支臂穩(wěn)定性的影響，進行了強度、剛度和模態(tài)校核，豐富了鋼閘門支臂連接系優(yōu)化設(shè)計方法；蘭佳欣［１０］ 對比了布置壓桿對弧形鋼閘門靜動力特性的影響，發(fā)現(xiàn)布置壓桿可在一定程度上提升鋼閘門穩(wěn)定性；張學東等［１１］ 提出了考慮綜合初始缺陷的支臂等效模型，該模型可有效替代復雜的非線性穩(wěn)定模型。上述研究為弧形鋼閘門支臂優(yōu)化提供了大量技術(shù)支撐和理論指導。連接系的布置可提升支臂承載力，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但過多布置會在一定程度上忽視材料利用率，增加建設(shè)成本。因此，合理確定支臂弦桿的布置點，使結(jié)構(gòu)在滿足穩(wěn)定性要求的同時，用最少的材料提供最高的承載力，實現(xiàn)鋼閘門支臂的輕型化設(shè)計，具有一定的理論意義和實用價值。

綜上，筆者從采用平面體系法得到的無弦桿支臂出發(fā)，探究布置弦桿對支臂穩(wěn)定性的影響，考慮支臂承受的不等荷載和工程材料利用率等，確定單弦桿和雙弦桿布置位置，同時探究弦桿截面特性對支臂承載力的影響，以期為鋼閘門支臂弦桿優(yōu)化設(shè)計提供一定參考。

１ 特征屈曲分析方法理論

屈曲分析主要用于研究特定載荷的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界荷載，包括特征屈曲分析和非線性屈曲分析。其中特征屈曲分析的特點是不考慮初始幾何缺陷、幾何與材料雙重非線性的影響，得到一種理論解，可以預測屈曲荷載上限。雖然特征屈曲分析結(jié)果為非保守結(jié)果，不適用于實際工程，但是可為分析閘門結(jié)構(gòu)影響因素提供參考。特征屈曲分析以小位移、小應(yīng)變的線彈性理論為基礎(chǔ)，根據(jù)勢能駐值原理得到結(jié)構(gòu)平衡方程［１２］ ：

（ＫＥ ＋ＫＧ）Ｕ ＝Ｐ （１）

式中：ＫＥ為彈性剛度矩陣，ＫＧ為幾何剛度矩陣，Ｕ 為節(jié)點位移向量，Ｐ 為節(jié)點荷載向量。

當結(jié)構(gòu)處于隨遇平衡狀態(tài)時，系統(tǒng)勢能的一階變分為零，結(jié)構(gòu)平衡方程為

（ＫＥ ＋ＫＧ）δＵ ＝０ （２）

式中：δ 為假設(shè)變形量。

假設(shè)屈曲荷載向量為ξ Ｐ，得到特征方程為

（ ｜ＫＥ｜ ＋ ξｉ ｜ＫＧ｜ ）Φｉ ＝ ０ （３）

式中：ξｉ為第ｉ 階特征值，Φｉ為與ξｉ對應(yīng)的屈曲模態(tài)。

２ 支臂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

２．１ 有限元模型建立

以水利工程Ａ 泄洪閘露頂式弧形鋼閘門為原型，進行支臂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究。該鋼閘門曲率半徑為１８ ｍ，寬１３ ｍ，高１４ ｍ，采用雙主橫梁直支臂形式布置，支臂采用箱型截面梁。門葉部分以實腹式齊平連接，包括２ 根主梁（箱形截面）、１ 根頂梁、１ 根底梁、１９ 根水平次梁（“工”字形截面）、５ 根縱隔板和２ 根邊梁。鋼閘門結(jié)構(gòu)布置見圖１。支臂結(jié)構(gòu)為Ａ 形，各構(gòu)件焊接相連，其中支臂上下主梁采用實腹式箱形截面，弦桿采用“工”字形梁截面。為了探究弦桿對支臂穩(wěn)定性的影響，選用鋼閘門支臂部分進行特征屈曲分析，獲取臨界荷載。

建立弧形鋼閘門中獨立的支臂結(jié)構(gòu)模型進行分析［１３－１４］ ，根據(jù)支臂結(jié)構(gòu)受力特性，選擇Ｂｅａｍ１８８ 梁單元進行模擬［１１］ ，網(wǎng)格經(jīng)過加密試算后已滿足精度要求。在支鉸板處釋放繞鉸軸轉(zhuǎn)動的自由度，模擬鋼閘門繞鉸軸轉(zhuǎn)動趨勢，在支臂自由端施加軸力，以等效主梁內(nèi)力。假定有軸向力和支臂自由端，模型僅考慮軸向力、忽略彎矩，暫不考慮主梁對支臂端部的約束。

支臂設(shè)計一般采用上下支臂等荷載方式，但弧形鋼閘門大多在低水頭條件下工作，下支臂受力通常比上支臂大，當鋼閘門泄水時，動力作用也會導致上下支臂受力不等?？紤]到這種受力特性，對下支臂施加Ｎ荷載，對上支臂施加αＮ 荷載，荷載系數(shù)α 取值范圍為０～１．０，以探究弦桿位置對支臂承載力的影響。支臂布置形式優(yōu)化目標是滿足結(jié)構(gòu)受力且材料用量最少情況下，支臂有最大的承載力。利用單位質(zhì)量承載力Ｆα ／ Ｍ（其中Ｆα為極限承載力，Ｍ 為總質(zhì)量）衡量結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和材料利用率［１５］ 。

無弦桿、單弦桿、雙弦桿支臂結(jié)構(gòu)受力情況見圖２（其中ｌ 為單弦桿與支鉸的距離，ｍ 為支臂總長度，θ為上下支臂軸線夾角）。

２．２ 弦桿位置對支臂穩(wěn)定性的影響

支臂是連接門葉與支鉸的重要受力構(gòu)件，其將門葉承受的水壓力傳遞給支鉸。設(shè)計支臂與主梁構(gòu)成主框架共同承受水壓力，即無弦桿支臂結(jié)構(gòu)，使其滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求。以平面體系法理論衡量無弦桿支臂結(jié)構(gòu)是安全的，但在實際工程中考慮閘門的空間效應(yīng)，通常在支臂間布置弦桿和腹桿形成三腳架結(jié)構(gòu)，這種布置方式依據(jù)的是設(shè)計者經(jīng)驗，規(guī)范未明確?；谔卣髑治龇椒ɡ碚?，用特征值法計算弦桿截面特性保持不變時，其在不同位置的屈曲荷載。

對于單弦桿支臂，為了消除絕對長度的影響，以弦桿與支鉸的距離／ 支臂總長度（ｌ ／ ｍ）為參考，繪制不同荷載系數(shù)下ｌ ／ ｍ 與Ｆα ／ Ｍ 的關(guān)系曲線，見圖４。分析可知，Ｆα ／ Ｍ 隨ｌ ／ ｍ 先增大后減小，不同荷載系數(shù)下Ｆα ／ Ｍ峰值對應(yīng)的ｌ ／ ｍ 值范圍為０．６０ ～０．７５，其中荷載系數(shù)為０、ｌ ／ ｍ 為０．６０ 時，Ｆα ／ Ｍ 最大。因此，布置單弦桿時需要考慮鋼閘門門前擋水位，選擇合適的荷載系數(shù)，ｌ ／ ｍ?。埃叮啊埃罚?時支臂整體穩(wěn)定性較好。

對于雙弦桿支臂，設(shè)置４ 種方案探究弦桿位置對支臂單位質(zhì)量承載力的影響。考慮受力均勻性，ｌ１、ｌ２、ｌ３值不能相差太大。４ 種方案的支臂單位質(zhì)量承載力見表１。同一荷載系數(shù)時，方案２（遠離支鉸端布置雙弦桿）對應(yīng)的支臂單位質(zhì)量承載力最大。

２．３ 弦桿數(shù)量對支臂穩(wěn)定性的影響

在弦桿位置優(yōu)化的基礎(chǔ)上探究弦桿數(shù)量對支臂穩(wěn)定性的影響，支臂單弦桿位置?。?／ ｍ ＝ ０．７０，支臂雙弦桿位置選取方案２。當弦桿位置和截面特性不變時，α與Ｆα ／ Ｍ 的關(guān)系曲線見圖４。分析可知，隨著α 增大，Ｆα ／ Ｍ 逐漸減小，說明相對下支臂來說，隨著上支臂承受荷載增大，屈曲荷載減小。上下支臂承受荷載相等時，結(jié)構(gòu)最容易失穩(wěn)。對比無弦桿支臂與單弦桿支臂工況，等荷載布置（α ＝ １．０）時，單弦桿支臂的Ｆα ／ Ｍ比無弦桿支臂的提高７．３２％；不等荷載布置（α ＝ ０）時，單弦桿支臂的Ｆα ／ Ｍ 比無弦桿支臂的提高４３．５８％，說明增加單根弦桿可以提高支臂的Ｆα ／ Ｍ。對比單弦桿支臂和雙弦桿支臂工況，α 為０．４～１．０ 時兩條關(guān)系曲線趨于一致，說明增加弦桿數(shù)量，雖然使支臂總承載力增大，但是單位質(zhì)量材料承受的屈曲荷載不再增大，即材料的利用率無法充分提高。因此，設(shè)計時應(yīng)注意支臂承載力與材料用量之間的關(guān)系。

２．４ 弦桿參數(shù)對支臂穩(wěn)定性的影響

弦桿參數(shù)包括寬高比（ａ ／ ｈ）、翼緣／ 腹板厚度（ｔ３ ／ｔ４）。單弦桿ａ ／ ｈ、ｔ３ ／ ｔ４ 與Ｆα ／ Ｍ 的關(guān)系曲線分別見圖５、圖６（雙弦桿結(jié)果與單弦桿的基本相似，此處不再展示雙弦桿結(jié)果）。分析圖５ 可知，保證弦桿位置和上下支臂軸線夾角不變時，Ｆα ／ Ｍ 隨ａ ／ ｈ 先增大后減小，較少的弦桿數(shù)量限制了Ｆα ／ Ｍ 的增大。各荷載系數(shù)下Ｆα ／ Ｍ 峰值對應(yīng)的ａ ／ ｈ 值范圍為０．９０～１．４０，其中α 為０、ａ ／ ｈ 為０．９３ 時，支臂的Ｆα ／ Ｍ 最大。此外，ａ ／ ｈ 達到１．４ 后，α 為０～１．０ 各種工況下，支臂Ｆα ／ Ｍ 降低幅值均較小，說明隨著鋼閘門門前水頭增高，支臂Ｆα ／ Ｍ 變化相對較小，因此弦桿寬高比取值為１．４ 最合理，可使支臂整體保持較高的穩(wěn)定性。分析圖６ 可知，ｔ３ ／ ｔ４ 對Ｆα ／ Ｍ 幾乎不產(chǎn)生影響，因此無需確定ｔ３ ／ ｔ４ 最佳值，對于該值的設(shè)置，使支臂滿足局部穩(wěn)定性即可。

２．５ 弦桿布置對支臂穩(wěn)定性影響的規(guī)律分析

繪制各弦桿類型支臂的屈曲模態(tài)云圖，各荷載系數(shù)下３ 種弦桿布置形式的支臂失穩(wěn)規(guī)律趨于一致，因此限于篇幅，僅展示荷載系數(shù)為０．２、０．８ 時的屈曲模態(tài)云圖，見圖７。３ 種弦桿布置形式均發(fā)生支臂面內(nèi)失穩(wěn)、框架面外失穩(wěn)現(xiàn)象。荷載系數(shù)相等時，單弦桿支臂的屈曲系數(shù)比無弦桿的顯著增大，且荷載系數(shù)越小增大效果越明顯，即上下支臂荷載相差較大時效果更為顯著。雙弦桿支臂的屈曲系數(shù)相較于單弦桿的有小幅度增大。綜上，相較于無弦桿支臂，布置弦桿有效增大了支臂屈曲系數(shù)、提升了結(jié)構(gòu)剛度。

３ 各弦桿布置方案的弧形鋼閘門整體對比分析

３．１ 弧形鋼閘門有限元模型

為進一步驗證上述支臂弦桿優(yōu)化方法的應(yīng)用效果，選取水利工程Ｂ 為研究對象。該鋼閘門設(shè)計水頭為１８．９７４ ｍ，閘門寬度為１２ ｍ，支鉸高度為８．９７４ ｍ，閘門材料為Ｑ３４５ 鋼。

為兼顧計算效率與計算精度，對原型進行適當簡化和假設(shè)：１）弧形鋼閘門為空間薄壁結(jié)構(gòu)，采用考慮剪切效應(yīng)的Ｓｈｅｌｌ１８１ 殼單元模擬門體結(jié)構(gòu)，采用四邊形映射網(wǎng)格將鋼閘門結(jié)構(gòu)劃分成多個四邊形薄板單元，單元之間通過剛節(jié)點連接；２）實際主梁與支臂之間通過螺栓連接，在有限元模型中將主梁與支臂之間的單元通過節(jié)點耦合方式相互連接；３）假定鋼閘門門體焊接成整體結(jié)構(gòu)，這樣方便有限元劃分實體，門葉各構(gòu)件按剛接形式連接［１６－１７］ 。

將上述３ 種弦桿類型支臂應(yīng)用于水利工程Ｂ 弧形鋼閘門模型中，其中單弦桿支臂鋼閘門弦桿位置?。?／ ｍ ＝０．７０，雙弦桿支臂弦桿位置選取方案２，建立３ 種弦桿類型支臂弧形鋼閘門整體模型，見圖８。數(shù)值模擬全過程保持鋼閘門其他結(jié)構(gòu)、荷載類型及約束條件不變。

采用Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ 進行網(wǎng)格劃分，根據(jù)鋼閘門構(gòu)件位置、形狀和尺寸，設(shè)置適宜的單元尺寸以獲得最優(yōu)的有限元模型網(wǎng)格質(zhì)量。無弦桿支臂弧形鋼閘門共離散成３０４ ５９７ 個單元、９０６ ８８６ 個節(jié)點，單弦桿支臂弧形鋼閘門共離散成３００ ６９８ 個單元、８９５ ２２１ 個節(jié)點，雙弦桿支臂弧形鋼閘門共離散成３０２ ７７５ 個單元、９０１ ３７２個節(jié)點。

定義鋼閘門有限元模型ｘ 方向為順水流方向，ｙ方向為鋼閘門高度方向，ｚ 方向為鋼閘門寬度方向。計算工況為鋼閘門全關(guān)擋水工況，根據(jù)鋼閘門在門槽中的位置，弧形面板最下方節(jié)點受到底檻垂直向上約束，即豎向位移被約束（ｕｙ ＝ ０）；面板兩側(cè)邊承受門封止水的橫向約束，即橫向位移被約束（ｕｚ ＝ ０）；支鉸節(jié)點僅繞ｚ 軸轉(zhuǎn)動，即自由度只有Ｒｏｔｚ ，其他自由度均被約束；鋼閘門的對稱面施加對稱約束，其他節(jié)點均為自由節(jié)點；荷載包括設(shè)計水位下靜水壓力和鋼閘門重力，其中靜水壓力垂直作用在面板上，其大小與作用點所在的水下深度成線性關(guān)系。

３．２ 有限元分析靜力計算結(jié)果

對上述有限元模型進行強度和剛度校核，鋼閘門位移云圖見圖９。可發(fā)現(xiàn)閘門位移最大值均出現(xiàn)在門葉中下部，且３ 種弦桿類型支臂弧形鋼閘門位移分布基本相同。

統(tǒng)計弧形鋼閘門主要部位的最大位移，見表２。結(jié)合圖９ 位移云圖可知，主梁變形不超過７ ｍｍ，３ 種弦桿類型支臂弧形鋼閘門均滿足相關(guān)規(guī)范剛度要求，弦桿布置在一定程度上提升了鋼閘門結(jié)構(gòu)剛度，降低了鋼閘門整體及構(gòu)件最大位移。

３ 種弦桿類型支臂弧形鋼閘門主要部位的最大等效應(yīng)力見表３。增加弦桿對鋼閘門門葉各構(gòu)件無顯著影響，但是支臂的最大等效應(yīng)力減小。單弦桿支臂比無弦桿支臂減?。福矗矗?，雙弦桿支臂比無弦桿支臂減?。保玻梗梗?。經(jīng)過強度校核，各構(gòu)件等效應(yīng)力滿足強度要求。

３．３ 平面體系法穩(wěn)定性校核

弧形鋼閘門支臂為細長偏心受壓構(gòu)件，應(yīng)重點對其穩(wěn)定性進行校核。采用平面體系法對支臂和弦桿穩(wěn)定性進行校核，平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力校核為

式中：φｘ為彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定系數(shù)，γｘ為截面塑性發(fā)展系數(shù)，ＮＥｘ 為軸心受壓桿件Ｅｕｌｅｒ 臨界力，βｍｘ 為彎矩作用平面內(nèi)等效彎矩系數(shù)，Ｎ 為支臂軸向壓力，Ｗ１ｘ 為支臂截面抗彎模量，Ｍｘ 為截面彎矩，Ａ 為支臂截面面積，［σ ］為容許應(yīng)力，Ｅ 為彈性模量，λ 為長細比。

平面外穩(wěn)定應(yīng)力校核為

式中：φｙ為彎矩作用平面外穩(wěn)定系數(shù)，φｂ為整體穩(wěn)定系數(shù)，η 為截面影響系數(shù)，βｔｘ 為彎矩作用平面外等效彎矩系數(shù)。

水利工程Ｂ 弧形鋼閘門支臂截面面積為５８ ２４０ ｍｍ２，支臂實際長度為１６．７１ ｍ。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及前人研究成果［１８－１９］ ，主框架平面內(nèi)支臂長度系數(shù)?。保?，平面外支臂長度系數(shù)?。保埃嬎憧傻闷矫鎯?nèi)支臂長細比為７４．５４，平面外支臂長細比為４７．８０。彎矩作用平面內(nèi)、外穩(wěn)定系數(shù)分別?。埃罚保?、０．８９０。箱形截面均勻彎曲受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)取１．０。箱形截面為閉口截面，其截面影響系數(shù)?。埃?，截面塑性發(fā)展系數(shù)取１．０５，彎矩作用平面內(nèi)、外等效彎矩系數(shù)均?。保?。

采用有限元的單元節(jié)點力求和法計算支臂應(yīng)力最大截面（支臂端部截面）的軸力和彎矩，軸力和彎矩產(chǎn)生的壓應(yīng)力為負值，因此取絕對值計算。依據(jù)式（４）和式（６）進行支臂穩(wěn)定性驗算，結(jié)果見表４。

分析表４ 可知，３ 種弦桿類型下支臂承受的軸力和彎矩（取絕對值）均比上支臂的大，下支臂穩(wěn)定應(yīng)力也均偏大。３ 種弦桿類型上支臂穩(wěn)定應(yīng)力差別不大，單、雙弦桿下支臂穩(wěn)定應(yīng)力差別不大。從平面體系法角度分析，布置弦桿一定程度上使支臂重力增加，重力對鋼閘門結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生影響。３ 種弦桿類型支臂的穩(wěn)定應(yīng)力均未超過容許應(yīng)力，滿足規(guī)范要求。從失穩(wěn)形式分析，平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力均大于平面外穩(wěn)定應(yīng)力，即３種布置方式均容易產(chǎn)生主框架平面內(nèi)失穩(wěn)。

３．４ 有限元分析穩(wěn)定性計算結(jié)果

鋼閘門模態(tài)云圖形狀和位移分布可以反映屈曲狀態(tài)下可能出現(xiàn)的弱點區(qū)域［２０］ ，故對３ 種弦桿類型支臂鋼閘門進行模態(tài)分析，觀察支臂失穩(wěn)的模態(tài)云圖，從定性角度驗證平面體系法計算結(jié)果。采用勢流體法建立有限元模型并計算鋼閘門模態(tài)，有限元模型見圖１０。

３ 種弦桿類型支臂弧形鋼閘門模態(tài)云圖見圖１１。３ 種弦桿類型支臂失穩(wěn)形式均為主框架平面內(nèi)失穩(wěn)，與平面體系法計算的平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力較大的結(jié)論一致。布置弦桿在一定程度上增大了鋼閘門自振頻率，使自振頻率遠離水流脈動主頻區(qū)間，改善易振位置，避免發(fā)生自激振動或主要承載結(jié)構(gòu)的不利振動，進而提升整體剛度。

４ 結(jié)論

支臂是弧形鋼閘門重要的承力構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)合理布置關(guān)系整個鋼閘門的安全。對弦桿位置進行優(yōu)化，以及對無弦桿、單弦桿、雙弦桿支臂進行穩(wěn)定性分析和強度、剛度校核，得出結(jié)論如下。

１）對于單弦桿支臂，弦桿與支鉸的距離／ 支臂總長度（ｌ ／ ｍ）?。埃叮?～０．７５ 時，支臂單位質(zhì)量承載力最大，ｌ ／ ｍ 值的選取與支臂受力特點有關(guān)，荷載系數(shù)大時ｌ ／ ｍ 值也大。對于雙弦桿支臂，遠離支鉸端布置雙弦桿時，支臂單位質(zhì)量承載力最大，但是ｌ１、ｌ２、ｌ３ 值不宜相差太大。對于單弦桿和雙弦桿支臂，弦桿寬高比?。保矗?時較為合理，支臂翼緣／ 腹板厚度對支臂承載力基本無影響，只需使支臂滿足局部穩(wěn)定性即可。

２）布置單弦桿可以使支臂的單位質(zhì)量承載力增大，再增加弦桿數(shù)量時支臂單位質(zhì)量承載力增大趨勢不顯著，故在設(shè)計中應(yīng)協(xié)調(diào)支臂承載力與材料用量的關(guān)系。

３）對無弦桿、單弦桿、雙弦桿支臂鋼閘門進行有限元分析，布置弦桿時鋼閘門各構(gòu)件的位移基本不變，門葉各構(gòu)件的最大等效應(yīng)力也不變，但是支臂的最大等效應(yīng)力減小，單弦桿支臂比無弦桿支臂減?。福矗矗ィp弦桿支臂比無弦桿支臂減小１２．９９％。對支臂的整體穩(wěn)定性校核表明，支臂在主框架平面內(nèi)失穩(wěn)的可能性較大。布置弦桿會改變應(yīng)力分布，平面體系法忽略了支臂與弦桿之間的空間效應(yīng)，在不考慮弦桿影響時會使下支臂的穩(wěn)定應(yīng)力偏小，故在理論計算時應(yīng)考慮弦桿對支臂穩(wěn)定性的影響。

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【責任編輯 栗 銘】

基金項目：國家自然科學基金資助項目（５２１７９０６０）