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門(mén)式啟閉機(jī)是用于水電站的啟閉閘門(mén)的設(shè)備，如何在滿足門(mén)架的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的條件下，優(yōu)化門(mén)架結(jié)構(gòu)有著非常重要的意義。本研究用ANSYS軟件建立了 SHELL63 彈性殼單元模型，對(duì)門(mén)架結(jié)構(gòu)的連接、約束、載荷進(jìn)行設(shè)置和處理，計(jì)算出門(mén)架的應(yīng)力和變形。
門(mén)式啟閉機(jī)門(mén)機(jī)設(shè)計(jì)總高約33.65 m，其中門(mén)架高19.45 m。門(mén)機(jī)跨度為16 m，大車(chē)基距為12 m。主小車(chē)自重1318 kN，主小車(chē)起升荷載4500 kN，副小車(chē)自重481 kN，副小車(chē)起升荷載1000 kN。主小車(chē)主要運(yùn)行于跨內(nèi)，副小車(chē)主要運(yùn)行在門(mén)架懸臂端。主小車(chē)和副小車(chē)公用軌道，軌距5.6 m，小車(chē)輪距主小車(chē)為4.3 m，副小車(chē)為4.2 m。
為考察不同工況條件下啟閉機(jī)的受力和變形情況，采用三維結(jié)構(gòu)有限元分析。以整個(gè)啟閉機(jī)為分析對(duì)象，建立計(jì)算模型，并通過(guò)通用有限元軟件進(jìn)行計(jì)算分析。啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算采用線彈性有限元法，把啟閉機(jī)離散為板單元三維彈性結(jié)構(gòu)，所有的鋼板構(gòu)件采用板單元模擬。
板單元選用四節(jié)點(diǎn)彈性板殼元。這種板單元是基于薄板理論建立的，模型建立過(guò)程中通過(guò)不同的實(shí)常數(shù)來(lái)考慮不同規(guī)格鋼板的厚度和質(zhì)量，并綜合考慮了板的彎曲和剪切變形。 在建立有限元分析模型時(shí)，Z方向取為沿大車(chē)軌道方向，X方向取為垂直于大車(chē)軌道方向，Y方向按照右手法則取為啟閉機(jī)的高度方向。本次分析計(jì)算模型劃分的單元總數(shù)為 8861個(gè)。節(jié)點(diǎn)總數(shù)為7646個(gè)。
1.2 約束處理
啟閉機(jī)下橫梁與大車(chē)車(chē)輪連接座板的支鉸處受到鉛垂方向（Y 向）的位移約束，根據(jù)該門(mén)架結(jié)構(gòu)前后對(duì)稱及懸臂的受力特點(diǎn)，取約束使結(jié)構(gòu)成為單側(cè)的一次超靜定結(jié)構(gòu)，即上游側(cè)門(mén)腿限制UX、UY、UZ，釋放MX、MY、MZ，下游側(cè)門(mén)腿鉸支限制UY、UZ，釋放UX、MX、MY、MZ。
1.3 計(jì)算荷載
計(jì)算荷載主要考慮作用在啟閉機(jī)上的結(jié)構(gòu)自重，起吊荷載及其動(dòng)載效應(yīng)以及風(fēng)荷載四個(gè)部分。下面詳述如下：
（1）門(mén)架自重按照板的面密度由程序自動(dòng)計(jì)算生成，鋼板密度取7.8×e-6 g/mm3。
（2）小車(chē)自重按照重力考慮，連同起吊荷載一起作為集中力分四處加在小車(chē)的軌道對(duì)應(yīng)主梁的腹板上，其中主小車(chē)自重 1318 kN，主小車(chē)起升荷載 4500 kN，副小車(chē)自重 481 kN，副小車(chē)起升荷載 1000 kN。
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