1 引 言
          气动盾形闸门系统是中国在引进先进技术的基础上，结合钢闸门及橡胶坝的特点研发出来的一种大跨度闸门系统，兼有橡胶坝和钢闸门的优点。其主要组成部分有钢闸门、气袋、埋件、空气压缩系统和控制系统等，通过气袋的充排气实现闸门的升起与倒伏，在设计水位内可以任意调整水位，且对河宽无限制。气动盾形闸门是一种先进、高效、节能、环保的水利设施，随着我国环保政策的推行及旅游事业的大力发展，其必将广泛应用于中国城镇水环境治理及开发建设中。目前，中国国内已建成并安全运行的气动闸已多达十几座 。
          气动闸在运行中由于一些特殊原因，闸门会出现一定的变形，虽未影响正常使用，但其作为景观气动闸坝，在观赏效果上有一定的影响。虽然中国已有多座气动闸的工程实例，但尚缺乏系统、完整、准确的理论计算体系。目前气动闸常用的平面体系计算方法是将其简化分解为若干基本部件，再按平面体系对每一部件进行计算。然而，气动盾形闸门结构是一个复杂的空间结构，按平面体系计算与实际空间结构特性存在较大的差异。本文拟结合松花湖旺起人工湿地气动闸工程，通过大型有限元软件ANSYS Workbench对闸门结构进行三维有限元应力变形计算，分析闸门的受力变形情况，根据变形结果提出较为合理的解决方案，减小闸门的实际变形量，从而达到优化效果。

 

2 闸门结构的边界约束条件及材料模型

2．1 闸门结构的边界约束条件
        对气动盾形闸门系统的闸门结构进行三维建模和有限元分析时，闸门结构边界约束条件的设定至关重要，对结果分析影响较大，而盾形气动闸闸门的支撑型式与传统的闸门型式有较大区别，因此要确定合理的边界约束条件就必须了解气动闸的工作原理 。气动盾形闸系统主要由盾形钢闸门面板、气袋、铰链、主锚栓和混凝土基础等组成，是在刚性结构和柔性结构的共同作用下，将上游来水荷载最终传递给基础，研究分析气动盾形闸门受力及传递路径，主要有两条：

1、钢闸门面板上游承受水推力作用，该力主要由门后充气袋承受，然后传递给混凝土基础；

2、水推力作用下，面板绕闸门底轴转动，通过铰链将所受的荷载传递给主锚栓，继而传递给混凝土基础。通过分析气动闸的结构组成及传力过程，可以确定闸门的边界约束条件，闸门面板内缘受到气袋的径向约束，约束面尺寸按照气袋与门板的实际接触面积确定；闸门底部受到铰链盖板和气袋的竖向约束。整体结构型式见图1。

2．2 闸门结构的本构模型
         气动盾形闸门的材料选型与普通钢闸门所用材料没有大的区别，在有限元分析中采用各向同性的线弹性模型作为本文闸门结构分析的本构模型

 

3 结 论
a． 门在正常承受水压条件下，门叶结构会出现类似于“拱形”的变形情况，每节闸门)顶部两端变形较大，计算结果与闸门
实际变形相吻合，这也是闸门本身无法克服的变形。
b．引起气动盾形闸闸门变形的原因很多，主要有闸门的结构设计、气袋制造误差及充气量不一致、倾斜仪安装不合理、闸门安装误差。
c．针对闸门的变形情况，提出三种解决方案，三种方案能不同程度地减小闸门的整体变形量，影响最大的方案是在面板顶部增设横向方形空心型钢和在单节门叶两端增设肋板，虽然该方案能较好地减小门叶整体位移，但鉴于闸门已安装完毕且已蓄水运行，无法对闸门结构进行较大改动，因此，采用增设横向方形空心型钢较为合理。
d．三种方案对闸门整体折算应力影响较小，且均在允许应力范围内。
e．从有限元计算结果和气动闸整体美观效果来看，在今后的气动闸闸门设计时采用在单节门叶两端增设肋板方案较为合理、美观