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一、引言
闸门门叶结构由面板、主梁、边梁、水平次梁及垂直次梁等构件组成；这些梁系的连接形式一般有同层布置和叠层布置两种。梁系同层布置是指主、次梁的前翼缘均紧贴面板。这种连接形式，梁系与面板形成刚强的整体，整体剐度较好；面板为四边支承，受力条件好。在实际梁系中，面板参与梁的作用，即焊缝两侧的面板在一定宽度内可以兼作梁的翼缘，参加梁的抗弯工作。
某防洪闸平面钢闸门梁系结构采用同层布置，门叶结构典型布置如图所示。根据实际布置及止水需要，闸门面板侧为下游，梁系结构侧为上游，闸门底高程为10.0m，正常水位上游20.0m，下游12.4m，校核水位上游21.0m，下游12.4m。从图看出，底主梁由于结构布置原因，高程比较靠上，造成面板及竖直次梁底部有较大悬空，从平面体系进行结构设计与刚度、强度校核，上游水压力分配是设计一个难点，不确定因素较多，故采用三维有限元进行校核。
图1 门叶布置图
二、闸门有限元建模
1.计算软件
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛地应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。ANSVS软件是第一个通过1S09001质量认证的大型分析设计类软件，是美国机械工程师协会(ASME)、美国核安全局(NQA)及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件。功能强大、通用性好、具有良好开放性，对大型结构件在分析计算时比较方便且精度较高12113|。因此钢闸门空间有限元分析选用ANSYS软件进行建模、计算与后处理。
2.计算模型
网格剖分：根据该防洪闸门的结构特点，在建立模型时，将单元类型分为三种：面板采用SHELL63单元(板单元)，主梁、横次梁、竖直次梁、边梁采用BEAM188单元(梁单元)，经过NASYS的有限元网格划分，得到3045个结点、2482个单元，其中SHELL63单元1564个，BEAM188单元918个。最后的有限元网格模型如图所示。
图2 闸门整体网格图
约束条件：计算模型底部采用竖直向连杆约束，悬臂轮支点采用上下游方向连杆约束。
坐标系：闸门跨度方向为x向，闸门高度方向为Y向，下游到上游方向为Z向。
3.计算基本资料
(1)计算参数
Q235钢材弹性模量取210GPa，泊松比0.27，密度。
(2)计算荷载
计算荷载主要为：自重、上下游面板水荷载(校核水位上游21.0m，下游12.4m)
三、计算结果分析
设计及施工单位主要关心主粱的挠度与应力情况，结果分析主要给出三根主梁的计算结果。
1.主梁位移
主梁1、主梁2、主梁3挠度如图3、图4、图5所示，图中单位：位移为m(除图中注明外)。
图3 主梁1挠度图
图4 主梁2挠度图
图5 主梁3挠度图
由图可知，第1主梁最大挠度11.5mm，第2主粱最大位移为1.8mm，第3主梁最大弯应力为10.2mmm。均出现在跨中，规范允许的最大位移，刚度满足要求。主梁另外两个方向位移基本为O，可以忽略不计。
2.主粱应力
主梁1、主梁2、主梁3的X方向正应力如图6、图7、图8所示，图中单位：应力为Pa，以拉应力为正，压应力为负，方向与坐标系相同。
图6 主梁1正应力图
图7 主梁2正应力图
图8 主梁3正应力图
由图可知，第1主梁最大正应力为14I.0MPa，第2主梁最大正应力为119.0MPa，第3主梁最大正应力为107MPa，各主梁最大正应力均为压应力，且均出现在各梁下翼缘的中间处，小于材料的容许强度，且从上往下依次升高，底部受水荷载大造成的。
四、结论
对于结构比较简单的平面钢闸门。比如双主梁钢闸门，如果荷载不大且梁系结构布置比较合理，常规的平面体系进行结构计算足够满足工程建设要求。但如果闸门门叶结构比较复杂且水压力比较大，而且位置比较重要.比如重要城市防洪闸，采用本文阐述的方法，即采用通用软件ANSYS的梁·壳单元进行刚度、强度复核。建模简单、分析快捷，计算成果对设计和施工有较大的指导意义。
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