止水装置是闸门最重要的部件之一,而水封的结构型式又是影响闸门止水效果的关键。伸缩式水封作为一种高水头闸门止水装置在国内外有一定的研究和设计经验并成功应用,但仍存在水封翼头易滑动、漏水等问题,影响水封的使用效果和寿命。因此类问题涉及到材料非线性、几何非线性、接触非线性等,常规的试验和线性数值分析难以定量地分析出水封橡皮的应力、变形等,并且试验研究费用较高、试验模型有限。作者结合瀑布沟放空洞弧门止水装置,以非线性有限元为理论基础,借助ANSYS软件对伸缩式水封断面形式进行了广泛细致的计算研究,得出较合理的水封断面型式,为设计提供有益的参考。 研究了摩擦对伸缩式水封封水性能的影响,得出翼头、封头顶部的橡皮与钢板采用较大摩擦系数,封头外侧采用较小摩擦系数。对水封作如下处理均能提高封水效果:在肢体底部挖出一圆弧或者将封头加宽、加高、在橡皮内部加钢板、在封头贴尼龙布等。 按照水封型式的选择原则,对9种典型翼头橡皮的变形、应力、与钢板的接触应力等进行分析比较,并考虑生产和安装的方便,得出中联斜面弧形翼头为较优翼头型式;通过对15种封头橡皮的压缩量、与面板的接触宽度、最大接触应力、外偏移量等进行分析比较,得出对加强偏心弧形封头做适当的斜切为较优封头型式。 用矢量图形式分析止水橡皮在止水过程中的位移分布情况,并绘制某些单元位移时程、应力应变时程和接触单元应力时程关系曲线,从而分析止水橡皮从装配到受水荷载作用整个过程的受力、变形等。 仿真计算了封头自由外伸量与背压关系,对封头外偏移量与压板和面板间隙量、库压的关系进行了研究,结果表明初拟面板与压板间隙量30mm是可行的;对水封封头特性的研究表明,封头的压缩量、接触应力、接触宽度、外侧接触应力随着水压的增加呈非线性增大;当水压大于0.6MPa时,封头外侧接触应力增加趋势减弱;封头压缩量随封头接触应力呈非线性递增;水密性仿真计算表明,利用库水对水封充压腔充水来封住库水是完全可行的。