大型水工钢闸门滚轮与轨道承载机理和设计理论研究

滚轮和轨道是保证大型水利工程闸门正常运行的关键部件。由于对其承载机理缺乏深入系统的理论研究，现行设计规范中滚轮和轨道的设计公式主要根据试验结果给出，由于试验条件的差别和局限性，试验结果离散性较大，设计公式只好根据最小承载力试验值给出，严谨性和合理性不足。本课题研究从理论上深入系统地研究了滚轮和轨道的承载机理，提出了设计准则和设计方法，为滚轮和轨道的接触强度计算提供理论依据；轨道和闸墩混凝土新的承压强度设计方法；考虑剪力滞影响时轨道的抗弯强度设计方法；提出滚轮与轨道热处理指标的确定方法。提高滚轮与轨道设计的理论水平和设计方法的合理性。主要基础理论研究成果为进一步完善水工钢闸门滚轮与轨道的设计理论，建立较合理的大型水工钢闸门滚轮与轨道的设计计算方法，为工程设计提供理论依据，为《水利水电工程钢闸门设计规范》修订提供参考。

滚轮和轨道是保证大型水利工程闸门正常运行的关键部件。由于对其承载机理缺乏深入系统的理论研究，现行设计规范中滚轮和轨道的设计公式主要根据试验结果给出，由于试验条件的差别和局限性，试验结果离散性较大，设计公式只好根据最小承载力试验值给出，严谨性和合理性不足。现有强度理论并不适应于大型水工钢闸门的滚轮和轨道接触强度计算。本课题以接触力学、弹塑性力学、金属学等为理论基础，应用三维接触分析技术、子模型技术等手段，通过理论和数值分析及模型试验等方法，从理论上深入系统地研究揭示滚轮和轨道的承载机理，提出适用于小局部、高强度、不均匀荷载作用下实体构件的接触强度计算理论，为滚轮和轨道的接触强度计算提供理论依据；轨道和闸墩混凝土新的承压强度设计方法；考虑剪力滞影响时轨道的抗弯强度设计方法；提出滚轮与轨道热处理指标的确定方法。提高滚轮与轨道设计的理论水平和设计方法的合理性。

水工钢闸门是水利水电枢纽建筑物的主要组成部分之一，其运行状况直接影响到工程的适用性、安全性和耐久性，国内外都有因闸门故障而导致整个枢纽出事的教训。近年来，随着水利水电枢纽规模的不断大型化，水工钢闸门的尺寸和荷载也不断刷新纪录，达到过去难以比拟的水平，闸门安全问题也显得更为重要。

和大体积混凝土建筑物相比，水工钢闸门似乎是较为简单的结构，但是，我们必须看到闸门有它的特殊性。首先，为了挡水、泄洪，闸门在其寿命期内，要经受成千乃至上万次的启闭操作，要承受高速水流引起的剧烈、复杂的震动（流固耦合震动）；其次，水工钢闸门是由薄壁构件组成的金属结构，更容易受到空蚀和腐锈的破坏。因此，它也更需要在运行期内加强监测和维护。