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【摘 要】对运行10年的大桥水库平面钢闸门、弧形钢闸门、固定卷扬启闭机和液压启闭机进行全面安全检测,根据检测成果及实际运行条件复核闸门强度、刚度、稳定性以及启闭能力,采用综合评估法对闸门及启闭机进行多参数安全性综合评估。
【关键词】闸门;启闭机;安全检测;复核;评价
Big bridge reservoir gateway and Qi shut a machine safety an examination and valuation
Peng Wen-cheng1, Li juan
(1. Sicuan province water conservancy science institute for research Chengdu Sicuan 610072;2. Sicuan provincewater conservancy water electricity survey design research institute Chengdu Sicuan 610072)
【Abstract】To circulate the big bridge reservoir flat surface steel gateway, arc-shaped steel gateway for 10 years, fix book Yang Qi shut machine and liquid to press to shut machine to carry on overall safety examination, according to examination result and actual circulate the condition recheck gateway strength, degree, stability and just shut ability, adoption comprehensive valuation the method is to the gateway and the shut machine to carry on many parameter safety comprehensive valuation.
【Key words】Gateway;Switch machine;Safety examination;Recheck;Evaluation
1. 概况
大桥水库是一座已经运行十年的大型水利枢纽工程,总库容6.58亿m3,最大坝高93m。为满足泄洪、引水、放空的要求,岸边溢洪道、引水隧洞进口、放空底孔进口共设置钢闸门5扇、启闭机5台。岸边开敞式溢洪道设置弧形钢闸门2扇,设计水头5m,孔口尺寸=6.0m×5.0m,门重9.196t,由2×75KN固定卷扬式启闭机启闭;引水隧洞进口设置平面钢闸门1扇,设计水头52.26m,孔口尺寸=5.1m×5.1m,门重49.661t,由QPQ3200KN固定卷扬式启闭机启闭;放空洞设置弧形工作钢闸门1扇,设计水头55.0m,孔口尺寸=3.5m×3.5m,闸门重37.054t,由1000/600KN液压启闭机启闭;放空洞设置平面检修钢闸门1扇,设计水头55.0m,孔尺寸=3.5m×4.2m,门重25.588t,由QPQ-2000kN固定卷扬式启闭机启闭。
依据SL214-98《水闸安全鉴定规定》、SL101-94《水工钢闸门和启闭机安全性检测技术规程》、SL252-2000《水库大坝安全评价导则》等进行全面安全检测;依据SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》、SL41-93《水利水电工程启闭机设计规范》、《水电站机电设计手册》等对闸门及启闭机能力进行设计复核;依据GB50199-94《水利水电结构可靠度设计统一标准》、《水闸安全检测与评估分析》的综合评估法进行综合评价,提出安全级别,为闸门及启闭机安全运行与科学管理提供依据。
2. 安全检测
2.1 检测成果分析。
2.1.1 巡视检查。
进水口、门槽附近、闸门后水流状态正常,漏闸门止水局部损坏与未完全封闭,存在漏水量超过SDJ249.2-88规定的0.1L/(s.m)要求,闸墩、门墩、门槽、胸墙、牛腿未发现明显裂缝、剥蚀、老化,底板伸缩缝未发现不均匀沉陷,通气孔排气畅通,启闭机室未发现明显错动、裂缝、漏水、漏雨现象,闸门、启闭机的附属设施基本完善,电气控制系统及设备能正常工作,自备电源不满足要求。
表2
复核内容公式
面板强度σ=Ky×q×a2/α×δ2
主横梁强度K=JX1×h/ JX2×b,V=qL/2,H=q×L02/4h+2α×(2k+3)-3×q×c2/2h×(2k+3),
Mc=-qc2/2,Mk=-Hh,M=Mc+Mk ,Me0=q×L02/8+ Mc+Mk,
σ=V/A±Me0/W,σ=r/A±M/W
主横梁刚度f/L=5q L04/ 384EJL
水平次横梁强度Mmax=-0.107qL2,σ= Mmax/W
水平次横梁刚度f/L=0.632q L4/ 100EJL
竖次梁强度σ= M/W,τmax=AS1/Jxδ
支臂强度σ=N/A+M/W,τ=QS1/2/Jx1δ
支臂稳定性ε=MhA/NW,rx2=(Jx2/Ah)1/2,λx2=μh/ rx2
λ,=λ(σs/2400)1/2,σ=V/ФpA,σ=N/Ф1A
启门力FQ=[nT(My+M+Mzd)+NGG]/R
闭门力FQ=[nT(My+M+Mzd)-NGG]/R
2.1.2 外观形态检测。
门体无明显变形、折断、损伤,焊缝及热影响区无表面裂纹及异常变化,连接螺栓、侧反向支承、制动器、锁定装置无表面裂纹、损伤、变形、脱落,闸门无卡阻现象,闸门轨道(弧型闸门轨板、铰座)、门楣(包括钢胸墙)、止水座板、钢衬砌等埋设件无磨损和变形,启闭机机架无损伤、裂纹、局部明显变形,液压启闭机的缸体、端盖、活塞杆等零件无损伤、裂纹、油路无泄漏,启闭机传动轴无裂纹、磨损、局部明显变形,开式齿轮轮齿齿合状况良好,轮齿无断齿、崩角、磨损、压陷等,卷扬启闭机卷筒表面、卷筒幅板、轮缘无损伤和裂纹。
2.1.3 腐蚀状况检测。
采用LA-20型超小型数字式超声波测厚仪辅以LAT-B型智能化涂层测厚仪及电动砂轮打磨相结合的方法进行检测。面板、主梁(腹板、翼缘板)、边梁(腹板、翼缘板)、次梁(腹板、翼缘板)、支臂(腹板、翼缘板)等构件的平均腐蚀厚度为0~0.2mm、平均腐蚀速率5~15μm/年、最大腐蚀深度为0.2mm、最大腐蚀速率为20μm/年,蚀余钢板厚度未达到SL226-98规定因腐蚀的报废条件。面板局部锈蚀10%左右,构件存在轻微腐蚀,无严重腐蚀,整个闸门、支臂防腐较好,基本没有明显蚀坑。
2.1.4 材料检测。
钢板设计材料明确,证明材料牌号和性能符合设计图纸要求,不进行材料检测。
2.1.5 无损探伤
对闸门一、二类焊缝的内部缺陷采用CTS-23金属超生波探伤仪依据GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》进行探测,按DL/T5018-2004规定合格标准“检验等级可选作B级,一类焊缝BI级为合格,二类焊缝BⅡ级为合格”进行判定。一类焊缝探伤合格率100%,二类焊缝探伤合格率97%,符合SDJ249.2-88规定一次探伤合格率不小于95%的优良标准,闸门焊缝质量合格,能满足现阶段安全运行要求,但要求对存在的超标缺陷修补处理合格。
2.1.6 应力检测与闸门启闭力:由设计复核验证。
2.1.7 启闭机考核。
电气装置接线正确、接地可靠、绝缘符合要求,过负荷保护装置、制动器、限位开关、终点(极限)行程开关、信号装置等零部件完好,动作基本正确、可靠,所有机械部件、连接装置、润滑系统等处于正常工作状态、注油量符合要求,钢丝绳在卷筒和滑轮上缠绕正确,绳端固定牢固,钢丝绳安全可靠,液压启闭机泵站系统和管路系统工作正确,液压缸密封和活塞杆密封的泄漏不超过允许值, 泄漏使活塞杆产生的沉降量符合要求,液压缸的支撑或悬挂装置牢固可靠。闸门试验结果合格。
2.1.8 电气设备的安全性。
电动机外壳无尘、无污、无锈,局部不符合要求;接线盒应防潮,压线螺栓如松动应即时旋紧;轴承内的润滑油脂应保持填满空腔内1/2～1/3,油质合格;绕组的绝缘电阻值<0.5MΩ,符合要求。开关箱经常打扫,保持箱内整洁;各种开关、续电保护装置保持干净,触点良好,接头牢固;主令控制器及限位装置基本保持定位准确可靠,触点无烧毛现象;保险丝符合要求。各种电力线路、电缆线路、照明线路基本能防止发生漏电、短路、断路、虚连等现象;线路接头连接良好,个别铜铝接头锈蚀;保持线路畅通;导线绝缘电阻值,对一次回路、二次回路及路线间的绝缘电阻值>0.5MΩ,满足要求。自备电源无独立柴油发电机不符合要求。避雷针及引下线锈蚀、导电部件的焊接点或螺栓接头、接地装置的接地电阻值3.7Ω<10Ω,符合要求。
2.1.9 水质与底质分析。
水样PH值7.2、(CI+SO42-)5.79 mg/L;土样PH值为6.9、氧化还原电位310.8mV、电阻率253.6Ω.m、极化电流密度0.025 mA/cm2、极化电流密度0.025 mA/cm2,质量损失0.27g,依据GB50021-94判定,环境水、土对钢结构的具有弱腐蚀性。
2.2 存在问题。
2.2.1 运行中产生的问题。
闸门各构件存在轻微腐蚀,钢板有效厚度减小;闸门止水老化、损坏,闸门漏水;液压启闭机该压缸微渗漏,启闭机控制箱主控元件普遍老化;闸门开度控制装置老化落后;备用电源不可靠。
2.2.1 施工时遗留的问题。
闸门焊缝局部存在超标缺陷;个别部件钢板厚度比设计减小4mm;闸门所用钢板局部存在波状变形、凹坑等缺陷;止水未完全封闭。
2.3 对设计复核的建议。
闸门所有钢板厚度按原设计减去最大腐蚀厚度0.2或0.4mm进行复核;放空洞检测闸门上主梁后翼缘比设计厚度减去4mm进行复核计算。
3. 设计复核
3.1 复核计算条件(表1)。
表1
基本参数放空洞工作门(弧形)放空洞检修门溢洪道工作门(弧形)放水洞检测门
孔尺寸(m)3.5×3.53.5×4.26.0×5.05.1×5.1
上游正常水位(m)2020.02020.02020.02020.0
闸底坎高程(m)1965.01965.02015.01967.74
运行条件动水启闭动水下门,充水阀充水后5m水头以下静水启门动水启闭动水下门,充水阀充水后25m水头以下静水启门
16Mn允许应力(MPa)钢拉压第1组230230230230
第2组220220220220
抗剪第1组135135135135
第2组130130130130
Q235钢允许应力(MPa)抗、压、弯160160160160
抗剪第1组95959595
第2组90909090
主梁挠度<1/750<1/750<1/600<1/750
次梁挠度<1/250<1/250<1/250<1/250
钢板复核厚度(mm)设计厚度-0.2除顶梁后翼缘比设计小4mm,其余减小0.2设计厚度-0.4设计厚度-0.2
启闭机(KN)1000/60020002×753200
3.2 复核公式(表2)。
3.3 复核结果与评价(表3)。
表3
复核内容放空洞工作门复核值放空洞检修门复核值溢洪道工作门复核值放水洞检修门复核值允许值复核结果
面板强度(MPa)70.7184.673.7158.9220满足
主横梁强度(MPa)111.8(压)8.35(拉)69.4(剪)147(压)114.2(拉)70.2(剪)59.1(压)
38.4(剪)168.8(压)179.2(拉)90.9(剪)220(压)220(拉)130(剪)满足
主横梁刚度1/24701/15921/22781/9171/750满足
水平次横梁强度(MPa)32.7(压)52.3(拉)70.2(压)65.4(拉)20.9(压)87.0(拉)38.4压)71.6(拉)160满足
水平次横梁刚度1/116661/61761/27981/76411/250满足
竖次梁强度(MPa)77.5(压)97.1(拉)129.6(剪)35.2(压)51.6(拉)56.1(剪)48.0(压)108.2(拉)31.4(剪)101.9(压)142.7(拉)68.2(剪)220(压)220(拉)130(剪)满足
边梁强度(MPa)56.4(拉)85.2(压)21.5(前)58.7(后)220满足
支壁强度(MPa)1.42(压)111.1(拉)69.4(剪)80(拉)38.4(剪)220(拉)220(压)130(剪)满足
支臂稳定性(MPa)60.0(作用面)49.5(非作用面)53.7(作用面)46.9(非作用面)220满足
启门力(t)95(实际100)60(实际200)13.0(实际15)243.0(实际320)满足
闭门力(t)52(实际60)190.6(实际194)-0.7295.3(实际298.5)满足
持住力(t)88.9156.6满足
顶主梁后翼缘厚度减小4mm强度193.8(前)171.5(后)51.0(剪)220130(剪)满足
刚度1/21501/750满足
4. 安全级别评估
4.1 评估方法。综合评估法是以影响金属结构安全的主要因素为主框架,以金属结构在实际运行中容易出现的主要问题和主要检测内容为评估项目,以结构的可靠性为总目标进行综合评估。总目标由安全性和耐久性二个子目标构成,安全性说明结构的安全程度,耐久性说明结构的使用寿命。为使评估体系具有较完善的内容和较强的可操作性,将其分为一级评估项目和二级评估项目,二级项目是一级项目评估内容的细化,而且对每一细项内容在程度上将评估结果分成A、B、C、D四个等级。各等级指标值根据GB50199-94确定,其值分别为A=3.7,B=3.2,C=2.7,D=2.2。
根据评估项目对金属结构可靠性的影响程度确定项目的权系数。其中,安全性子目标的权系数R1=0.7,耐久性子目标的权系数R2=0.3。
经复核,闸门的强度、刚度、支臂稳定性满足要求,启闭机的启闭能力满足要求。
子目标评估指标可用式(1)计算
q=R×[M]×[N]×[J] (1)
式中:q为子目标评估指标;R为子目标权系数;[M]、[N] 为级一项目、二级项目的权系数矩阵;[J]为 二级项目等级指标矩阵,由A、B、C、D四个等级相应的指标值构成。
总目标评估指标的计算可用式(2)
P= q1+q2 (2)
式中:P为总目标评估指标;q1、q2为安全性子目标和耐久性子目标的评估指标。
水电工程金属结构的安全级别参照规范GB50199-94确定。对于大型工程分为三级,分别为:P≥3.2安全级别为I级(设备可以安全运行);P≥2.7安全级别为Ⅱ级,P <2.7安全级别为Ⅲ级(设备则存在不安全因素,应当进行加固、维修或更新改造)。
(1)安全性q1:
0.7×0.20.20.10.10.10.10.150.05100 0 10000.5 0.5 0 0 00010.2 0.8 0 0 3.73.22.72.2
q1=2.47。
(2)耐久性q2:
0.3×0.40.20.4 1 0 0 00 1 0 01 0 0 0 3.73.22.72.2
q2=1.08。
(3)总目标评估指标P= q1+ q2=3.55,该闸闸门安全级别为I级, 闸门及启闭机可以安全运行。
4.2 放空洞工作门安全级别评估(见表4)。
4.3 安全级别评估。
放空洞工作门安全级别评估指标P=3.55,安全级别为I级;放空洞检修门安全级别评估指标P=3.55,安全级别为I级;溢洪道工作门安全级别评估指标P=3.43,安全级别为I级;放空检修门安全级别评估指标P=3.58,安全级别为I级。
5. 结论
金属结构的强度、刚度和稳定性满足要求;启闭机的启闭能力满足要求;备用电源安装完善后,在紧急情况时闸门能正常开启;金属结构的安全级别I级(或安全性为A级),金属结构可以安全运行。对存在的运行问题、施工问题在运行管理中应引起重视。
表4
子项目一级项目二级项目二级项目等级标准
项目名称权系数M项目名称权系数NABCD
安全性0.71.结构应力0.2主要承重结构σ/[σ]0.7<1
超载H实/H设0.3<1
冰压力状态(冰层厚σ)//
2.刚度与饶度0.2弧门支臂稳定K0.6<1
弧门主梁饶度Δl/l0.41/2470
平面闸门主梁Δl/l1/
3.振动0.1开启过程0.5无明显振动
全开0.5无明显振动
4.水流状态0.1上游流态0.6平顺
下游流态0.4平顺
5.气蚀0.1通气孔0.5满足要求
闸门及门槽附近0.5有轻微
6.启闭力0.1启闭力p能力/p启1.01.05~1.15
7.制造安装质量0.15焊接质量0.2合格
材质(钢种、钢号、尺寸)0.2承重结构符合要求
制造评级0.2合格
安装评级0.2合格
性能0.2达到设计要求
8.零部件0.05零部件1完好
耐久性0.31.锈蚀0.4平均最大锈蚀速度/mma-10.40.02
平均最大锈蚀深度/mm0.30.2
锈蚀面积/m20.3≤1.0
2.工程年限0.2已运行年限110年
3.管理0.4规章年度0.3齐全
维修0.3定期维修
操作0.4遵守操作规程
参考文献
[1] 洪晓林 柯敏勇 金初阳等,水闸安全检测与评估分析,中国水利水电出版社,2007。
[文章编号]1619-2737(2010)08-23-188
[作者简介] 彭文成(1962.12-),男,研究所所长,质检站副站长,高级工程师,主要从事水工材料、水利工程质量检测与安全评估研究。
【关键词】闸门;启闭机;安全检测;复核;评价
Big bridge reservoir gateway and Qi shut a machine safety an examination and valuation
Peng Wen-cheng1, Li juan
(1. Sicuan province water conservancy science institute for research Chengdu Sicuan 610072;2. Sicuan provincewater conservancy water electricity survey design research institute Chengdu Sicuan 610072)
【Abstract】To circulate the big bridge reservoir flat surface steel gateway, arc-shaped steel gateway for 10 years, fix book Yang Qi shut machine and liquid to press to shut machine to carry on overall safety examination, according to examination result and actual circulate the condition recheck gateway strength, degree, stability and just shut ability, adoption comprehensive valuation the method is to the gateway and the shut machine to carry on many parameter safety comprehensive valuation.
【Key words】Gateway;Switch machine;Safety examination;Recheck;Evaluation
1. 概况
大桥水库是一座已经运行十年的大型水利枢纽工程,总库容6.58亿m3,最大坝高93m。为满足泄洪、引水、放空的要求,岸边溢洪道、引水隧洞进口、放空底孔进口共设置钢闸门5扇、启闭机5台。岸边开敞式溢洪道设置弧形钢闸门2扇,设计水头5m,孔口尺寸=6.0m×5.0m,门重9.196t,由2×75KN固定卷扬式启闭机启闭;引水隧洞进口设置平面钢闸门1扇,设计水头52.26m,孔口尺寸=5.1m×5.1m,门重49.661t,由QPQ3200KN固定卷扬式启闭机启闭;放空洞设置弧形工作钢闸门1扇,设计水头55.0m,孔口尺寸=3.5m×3.5m,闸门重37.054t,由1000/600KN液压启闭机启闭;放空洞设置平面检修钢闸门1扇,设计水头55.0m,孔尺寸=3.5m×4.2m,门重25.588t,由QPQ-2000kN固定卷扬式启闭机启闭。
依据SL214-98《水闸安全鉴定规定》、SL101-94《水工钢闸门和启闭机安全性检测技术规程》、SL252-2000《水库大坝安全评价导则》等进行全面安全检测;依据SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》、SL41-93《水利水电工程启闭机设计规范》、《水电站机电设计手册》等对闸门及启闭机能力进行设计复核;依据GB50199-94《水利水电结构可靠度设计统一标准》、《水闸安全检测与评估分析》的综合评估法进行综合评价,提出安全级别,为闸门及启闭机安全运行与科学管理提供依据。
2. 安全检测
2.1 检测成果分析。
2.1.1 巡视检查。
进水口、门槽附近、闸门后水流状态正常,漏闸门止水局部损坏与未完全封闭,存在漏水量超过SDJ249.2-88规定的0.1L/(s.m)要求,闸墩、门墩、门槽、胸墙、牛腿未发现明显裂缝、剥蚀、老化,底板伸缩缝未发现不均匀沉陷,通气孔排气畅通,启闭机室未发现明显错动、裂缝、漏水、漏雨现象,闸门、启闭机的附属设施基本完善,电气控制系统及设备能正常工作,自备电源不满足要求。
表2
复核内容公式
面板强度σ=Ky×q×a2/α×δ2
主横梁强度K=JX1×h/ JX2×b,V=qL/2,H=q×L02/4h+2α×(2k+3)-3×q×c2/2h×(2k+3),
Mc=-qc2/2,Mk=-Hh,M=Mc+Mk ,Me0=q×L02/8+ Mc+Mk,
σ=V/A±Me0/W,σ=r/A±M/W
主横梁刚度f/L=5q L04/ 384EJL
水平次横梁强度Mmax=-0.107qL2,σ= Mmax/W
水平次横梁刚度f/L=0.632q L4/ 100EJL
竖次梁强度σ= M/W,τmax=AS1/Jxδ
支臂强度σ=N/A+M/W,τ=QS1/2/Jx1δ
支臂稳定性ε=MhA/NW,rx2=(Jx2/Ah)1/2,λx2=μh/ rx2
λ,=λ(σs/2400)1/2,σ=V/ФpA,σ=N/Ф1A
启门力FQ=[nT(My+M+Mzd)+NGG]/R
闭门力FQ=[nT(My+M+Mzd)-NGG]/R
2.1.2 外观形态检测。
门体无明显变形、折断、损伤,焊缝及热影响区无表面裂纹及异常变化,连接螺栓、侧反向支承、制动器、锁定装置无表面裂纹、损伤、变形、脱落,闸门无卡阻现象,闸门轨道(弧型闸门轨板、铰座)、门楣(包括钢胸墙)、止水座板、钢衬砌等埋设件无磨损和变形,启闭机机架无损伤、裂纹、局部明显变形,液压启闭机的缸体、端盖、活塞杆等零件无损伤、裂纹、油路无泄漏,启闭机传动轴无裂纹、磨损、局部明显变形,开式齿轮轮齿齿合状况良好,轮齿无断齿、崩角、磨损、压陷等,卷扬启闭机卷筒表面、卷筒幅板、轮缘无损伤和裂纹。
2.1.3 腐蚀状况检测。
采用LA-20型超小型数字式超声波测厚仪辅以LAT-B型智能化涂层测厚仪及电动砂轮打磨相结合的方法进行检测。面板、主梁(腹板、翼缘板)、边梁(腹板、翼缘板)、次梁(腹板、翼缘板)、支臂(腹板、翼缘板)等构件的平均腐蚀厚度为0~0.2mm、平均腐蚀速率5~15μm/年、最大腐蚀深度为0.2mm、最大腐蚀速率为20μm/年,蚀余钢板厚度未达到SL226-98规定因腐蚀的报废条件。面板局部锈蚀10%左右,构件存在轻微腐蚀,无严重腐蚀,整个闸门、支臂防腐较好,基本没有明显蚀坑。
2.1.4 材料检测。
钢板设计材料明确,证明材料牌号和性能符合设计图纸要求,不进行材料检测。
2.1.5 无损探伤
对闸门一、二类焊缝的内部缺陷采用CTS-23金属超生波探伤仪依据GB11345-89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》进行探测,按DL/T5018-2004规定合格标准“检验等级可选作B级,一类焊缝BI级为合格,二类焊缝BⅡ级为合格”进行判定。一类焊缝探伤合格率100%,二类焊缝探伤合格率97%,符合SDJ249.2-88规定一次探伤合格率不小于95%的优良标准,闸门焊缝质量合格,能满足现阶段安全运行要求,但要求对存在的超标缺陷修补处理合格。
2.1.6 应力检测与闸门启闭力:由设计复核验证。
2.1.7 启闭机考核。
电气装置接线正确、接地可靠、绝缘符合要求,过负荷保护装置、制动器、限位开关、终点(极限)行程开关、信号装置等零部件完好,动作基本正确、可靠,所有机械部件、连接装置、润滑系统等处于正常工作状态、注油量符合要求,钢丝绳在卷筒和滑轮上缠绕正确,绳端固定牢固,钢丝绳安全可靠,液压启闭机泵站系统和管路系统工作正确,液压缸密封和活塞杆密封的泄漏不超过允许值, 泄漏使活塞杆产生的沉降量符合要求,液压缸的支撑或悬挂装置牢固可靠。闸门试验结果合格。
2.1.8 电气设备的安全性。
电动机外壳无尘、无污、无锈,局部不符合要求;接线盒应防潮,压线螺栓如松动应即时旋紧;轴承内的润滑油脂应保持填满空腔内1/2～1/3,油质合格;绕组的绝缘电阻值<0.5MΩ,符合要求。开关箱经常打扫,保持箱内整洁;各种开关、续电保护装置保持干净,触点良好,接头牢固;主令控制器及限位装置基本保持定位准确可靠,触点无烧毛现象;保险丝符合要求。各种电力线路、电缆线路、照明线路基本能防止发生漏电、短路、断路、虚连等现象;线路接头连接良好,个别铜铝接头锈蚀;保持线路畅通;导线绝缘电阻值,对一次回路、二次回路及路线间的绝缘电阻值>0.5MΩ,满足要求。自备电源无独立柴油发电机不符合要求。避雷针及引下线锈蚀、导电部件的焊接点或螺栓接头、接地装置的接地电阻值3.7Ω<10Ω,符合要求。
2.1.9 水质与底质分析。
水样PH值7.2、(CI+SO42-)5.79 mg/L;土样PH值为6.9、氧化还原电位310.8mV、电阻率253.6Ω.m、极化电流密度0.025 mA/cm2、极化电流密度0.025 mA/cm2,质量损失0.27g,依据GB50021-94判定,环境水、土对钢结构的具有弱腐蚀性。
2.2 存在问题。
2.2.1 运行中产生的问题。
闸门各构件存在轻微腐蚀,钢板有效厚度减小;闸门止水老化、损坏,闸门漏水;液压启闭机该压缸微渗漏,启闭机控制箱主控元件普遍老化;闸门开度控制装置老化落后;备用电源不可靠。
2.2.1 施工时遗留的问题。
闸门焊缝局部存在超标缺陷;个别部件钢板厚度比设计减小4mm;闸门所用钢板局部存在波状变形、凹坑等缺陷;止水未完全封闭。
2.3 对设计复核的建议。
闸门所有钢板厚度按原设计减去最大腐蚀厚度0.2或0.4mm进行复核;放空洞检测闸门上主梁后翼缘比设计厚度减去4mm进行复核计算。
3. 设计复核
3.1 复核计算条件(表1)。
表1
基本参数放空洞工作门(弧形)放空洞检修门溢洪道工作门(弧形)放水洞检测门
孔尺寸(m)3.5×3.53.5×4.26.0×5.05.1×5.1
上游正常水位(m)2020.02020.02020.02020.0
闸底坎高程(m)1965.01965.02015.01967.74
运行条件动水启闭动水下门,充水阀充水后5m水头以下静水启门动水启闭动水下门,充水阀充水后25m水头以下静水启门
16Mn允许应力(MPa)钢拉压第1组230230230230
第2组220220220220
抗剪第1组135135135135
第2组130130130130
Q235钢允许应力(MPa)抗、压、弯160160160160
抗剪第1组95959595
第2组90909090
主梁挠度<1/750<1/750<1/600<1/750
次梁挠度<1/250<1/250<1/250<1/250
钢板复核厚度(mm)设计厚度-0.2除顶梁后翼缘比设计小4mm,其余减小0.2设计厚度-0.4设计厚度-0.2
启闭机(KN)1000/60020002×753200
3.2 复核公式(表2)。
3.3 复核结果与评价(表3)。
表3
复核内容放空洞工作门复核值放空洞检修门复核值溢洪道工作门复核值放水洞检修门复核值允许值复核结果
面板强度(MPa)70.7184.673.7158.9220满足
主横梁强度(MPa)111.8(压)8.35(拉)69.4(剪)147(压)114.2(拉)70.2(剪)59.1(压)
38.4(剪)168.8(压)179.2(拉)90.9(剪)220(压)220(拉)130(剪)满足
主横梁刚度1/24701/15921/22781/9171/750满足
水平次横梁强度(MPa)32.7(压)52.3(拉)70.2(压)65.4(拉)20.9(压)87.0(拉)38.4压)71.6(拉)160满足
水平次横梁刚度1/116661/61761/27981/76411/250满足
竖次梁强度(MPa)77.5(压)97.1(拉)129.6(剪)35.2(压)51.6(拉)56.1(剪)48.0(压)108.2(拉)31.4(剪)101.9(压)142.7(拉)68.2(剪)220(压)220(拉)130(剪)满足
边梁强度(MPa)56.4(拉)85.2(压)21.5(前)58.7(后)220满足
支壁强度(MPa)1.42(压)111.1(拉)69.4(剪)80(拉)38.4(剪)220(拉)220(压)130(剪)满足
支臂稳定性(MPa)60.0(作用面)49.5(非作用面)53.7(作用面)46.9(非作用面)220满足
启门力(t)95(实际100)60(实际200)13.0(实际15)243.0(实际320)满足
闭门力(t)52(实际60)190.6(实际194)-0.7295.3(实际298.5)满足
持住力(t)88.9156.6满足
顶主梁后翼缘厚度减小4mm强度193.8(前)171.5(后)51.0(剪)220130(剪)满足
刚度1/21501/750满足
4. 安全级别评估
4.1 评估方法。综合评估法是以影响金属结构安全的主要因素为主框架,以金属结构在实际运行中容易出现的主要问题和主要检测内容为评估项目,以结构的可靠性为总目标进行综合评估。总目标由安全性和耐久性二个子目标构成,安全性说明结构的安全程度,耐久性说明结构的使用寿命。为使评估体系具有较完善的内容和较强的可操作性,将其分为一级评估项目和二级评估项目,二级项目是一级项目评估内容的细化,而且对每一细项内容在程度上将评估结果分成A、B、C、D四个等级。各等级指标值根据GB50199-94确定,其值分别为A=3.7,B=3.2,C=2.7,D=2.2。
根据评估项目对金属结构可靠性的影响程度确定项目的权系数。其中,安全性子目标的权系数R1=0.7,耐久性子目标的权系数R2=0.3。
经复核,闸门的强度、刚度、支臂稳定性满足要求,启闭机的启闭能力满足要求。
子目标评估指标可用式(1)计算
q=R×[M]×[N]×[J] (1)
式中:q为子目标评估指标;R为子目标权系数;[M]、[N] 为级一项目、二级项目的权系数矩阵;[J]为 二级项目等级指标矩阵,由A、B、C、D四个等级相应的指标值构成。
总目标评估指标的计算可用式(2)
P= q1+q2 (2)
式中:P为总目标评估指标;q1、q2为安全性子目标和耐久性子目标的评估指标。
水电工程金属结构的安全级别参照规范GB50199-94确定。对于大型工程分为三级,分别为:P≥3.2安全级别为I级(设备可以安全运行);P≥2.7安全级别为Ⅱ级,P <2.7安全级别为Ⅲ级(设备则存在不安全因素,应当进行加固、维修或更新改造)。
(1)安全性q1:
0.7×0.20.20.10.10.10.10.150.05100 0 10000.5 0.5 0 0 00010.2 0.8 0 0 3.73.22.72.2
q1=2.47。
(2)耐久性q2:
0.3×0.40.20.4 1 0 0 00 1 0 01 0 0 0 3.73.22.72.2
q2=1.08。
(3)总目标评估指标P= q1+ q2=3.55,该闸闸门安全级别为I级, 闸门及启闭机可以安全运行。
4.2 放空洞工作门安全级别评估(见表4)。
4.3 安全级别评估。
放空洞工作门安全级别评估指标P=3.55,安全级别为I级;放空洞检修门安全级别评估指标P=3.55,安全级别为I级;溢洪道工作门安全级别评估指标P=3.43,安全级别为I级;放空检修门安全级别评估指标P=3.58,安全级别为I级。
5. 结论
金属结构的强度、刚度和稳定性满足要求;启闭机的启闭能力满足要求;备用电源安装完善后,在紧急情况时闸门能正常开启;金属结构的安全级别I级(或安全性为A级),金属结构可以安全运行。对存在的运行问题、施工问题在运行管理中应引起重视。
表4
子项目一级项目二级项目二级项目等级标准
项目名称权系数M项目名称权系数NABCD
安全性0.71.结构应力0.2主要承重结构σ/[σ]0.7<1
超载H实/H设0.3<1
冰压力状态(冰层厚σ)//
2.刚度与饶度0.2弧门支臂稳定K0.6<1
弧门主梁饶度Δl/l0.41/2470
平面闸门主梁Δl/l1/
3.振动0.1开启过程0.5无明显振动
全开0.5无明显振动
4.水流状态0.1上游流态0.6平顺
下游流态0.4平顺
5.气蚀0.1通气孔0.5满足要求
闸门及门槽附近0.5有轻微
6.启闭力0.1启闭力p能力/p启1.01.05~1.15
7.制造安装质量0.15焊接质量0.2合格
材质(钢种、钢号、尺寸)0.2承重结构符合要求
制造评级0.2合格
安装评级0.2合格
性能0.2达到设计要求
8.零部件0.05零部件1完好
耐久性0.31.锈蚀0.4平均最大锈蚀速度/mma-10.40.02
平均最大锈蚀深度/mm0.30.2
锈蚀面积/m20.3≤1.0
2.工程年限0.2已运行年限110年
3.管理0.4规章年度0.3齐全
维修0.3定期维修
操作0.4遵守操作规程
参考文献
[1] 洪晓林 柯敏勇 金初阳等,水闸安全检测与评估分析,中国水利水电出版社,2007。
[文章编号]1619-2737(2010)08-23-188
[作者简介] 彭文成(1962.12-),男,研究所所长,质检站副站长,高级工程师,主要从事水工材料、水利工程质量检测与安全评估研究。