闸门作为水工建筑物孔口泄流的控制设施,在水利工程中发挥了重要作用,其中斜撑式液压钢坝闸门底轴尺寸相对较小、支撑稳定,门后无中墩,具有行洪能力强、节约土建成本等优点,因而在城市景观闸门中具有广泛的应用前景。由于该类型闸门在工程实际中运用时间相对较短,其工作特性的研究尚不完善,因此,对斜撑式液压钢坝闸门进行结构静动力特性分析具有重要意义。本文以某斜撑式液压钢坝闸门为研究对象,基于薄板有限元理论、耦联振动理论、附加质量算法等,采用三维有限元法对斜撑式液压钢坝闸门的静动力特性进行分析研究,主要研究内容如下:(1)基于结构力学的方法,分析斜撑式液压钢坝闸门在平衡状态下的受力特点及各外力和对应力臂的计算公式;根据闸门的不同运行状态,选取不同工况下钢坝闸门的泄流能力计算的参考公式。(2)研究钢坝闸门有限元计算的基本理论,包括静力学中薄板理论所遵循的基本假设、基本方程和求解方法;动力学模态分析中干模态涉及的运动方程,流固耦合中遵循的耦联振动方程及简化附加质量法的计算原理及求解方法,为后续有限元模型的建立及求解奠定基础。(3)基于三维有限元法对斜撑式液压钢坝闸门进行了静力计算,研究分析闸门各构件应力、位移对水头高度的敏感性,及以超水位方式确定的闸门超载安全度;在基于同一超载安全度下,提出改善连接板处应力较大状况的措施,并采用单因素分析法绘制闸门主要构件尺寸的应力影响曲线,从总用钢量最小出发,对闸门进行尺寸优选。结果表明闸门的原始结构布置及尺寸设计合理,满足规范要求,根据水头确定的闸门超载安全度为1.35,同一超载安全度下,钢坝闸门构件尺寸优选后仍满足静力要求。(4)采用模态分析法研究闸门在无水、有水状态下的振动特性及其影响因素,对比流体建模法和简化附加质量法两种计算方法下钢坝闸门的流固耦合振动特性的计算结果,基于流体建模法,研究水头高度和闸门撑起角度对钢坝闸门流固耦合振动特性的影响,最后对优选尺寸后的闸门进行动力验算。结果表明,闸门原始尺寸下满足动力安全要求,无水状况下随着钢坝闸门撑起角度的减小,闸门自振频率有所增大,流固耦合作用使闸门各阶频率降低;简化附加质量法与流体建模法得到的流固作用对闸门自振特性的影响规律一致,两者的相对误差随着水头的升高而增大;随着水头的增高,闸门撑起角度的减小,流固耦合作用对闸门的振动特性的影响增大;钢坝闸门尺寸优选后仍符合动力安全要求。本文针对斜撑式液压钢坝闸门进行静动力特性研究,并对钢坝闸门构件尺寸进行优选。本文的研究方法和结论验证了斜撑式液压钢坝闸门结构设计的合理性,提出了主要构件尺寸的优选建议,能够为同类钢坝闸门的结构设计和运行管理提供参考,具有重要工程意义和应用价值。