弧形钢闸门支承钢梁结构综合了钢梁抗振性能好、装配准确快速和深梁式支承形式能有效改善闸墩和支承体受力状态的优点,这种支承形式能充分发挥钢材高强、抗拉性能好等优势,还能有效改善闸墩偏心受力问题,一般通过预应力锚索使支承钢梁与闸墩紧密相接触。目前钢梁结构在水利工程、建筑工程及桥梁工程中的应用十分广泛,其安全性尤为重要。本文主要针对采用钢梁作为弧形钢闸门支承的结构进行研究,深入分析支承钢梁的力学性能影响因素,为弧门支承钢梁的设计提供参考。本文采用三维有限元计算方法,在满足钢梁稳定性的前提下,探讨弧门支承钢梁主要构件尺寸和结构布置对支承钢梁力学性能的影响规律,并研究拉锚系数与预应力闸墩及支承钢梁的应力和位移的关系,主要研究内容和成果如下:(1)通过改变弧门支承钢梁有限元模型的翼缘宽厚比和腹板高厚比,探讨支承钢梁主要构件尺寸对钢梁力学性能的影响发现:弧门支承钢梁各构件应力大致对称于钢梁跨中位置分布,其中弧门支铰垫板和预应力锚索位置拉应力最大。支承钢梁下游翼缘应力均大于上游翼缘应力和腹板应力。改变翼缘宽厚比对弧门支承钢梁各构件应力影响较小,改变腹板高厚比对翼缘和腹板的应力影响较大,对加劲肋的应力几乎无影响。无论增大翼缘宽厚比还是腹板高厚比,弧门支承钢梁的最大挠度均增大。综合分析计算成果可知,翼缘宽厚比取32,腹板高厚比取59,此时弧门支承钢梁既能满足强度及刚度的要求,钢梁材料性能又能得到充分发挥。(2)通过建立不同横向加劲肋间距和腹板倾角的弧门支承钢梁有限元模型,研究弧门支承钢梁的结构布置对钢梁力学性能的影响发现:缩小横向加劲肋间距能改善翼缘及横向加劲肋应力,并能有效降低弧门支承钢梁挠度。支承钢梁横向加劲肋间距取1/3 h0,此时钢梁材料的性能得到充分发挥,兼具经济性和合理性。改变弧门支承钢梁腹板倾角对下游翼缘应力和支承钢梁最大挠度影响较大,支承钢梁腹板倾角取2°时弧门支承钢梁挠度和应力均较小,是经济安全的。(3)通过改变有限元模型的拉锚系数,探讨拉锚系数对预应力闸墩及支承钢梁力学性能的影响发现:弧形钢闸门采用钢梁式支承结构有效避免了闸墩颈部的拉应力,但在闸墩与支承钢梁接触面存在较大拉应力,该部位需要采取加强措施。改变拉锚系数对预应力闸墩应力、闸墩整体顺河向、竖直向位移、支承钢梁各构件应力和钢梁最大挠度影响较大;综合分析预应力闸墩和弧门支承钢梁应力和位移随拉锚系数的变化规律,建议拉锚系数取值不大于2.1,此时预应力闸墩的应力和位移较小,支承钢梁各构件的应力值均能满足设计要求,且钢梁变形较小。