(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210676164.0 (22)申请日 2022.06.15 (71)申请人 中国水利水电科 学研究院 地址 100038 北京市海淀区复兴 路甲1号 申请人 中国长江三峡集团有限公司 (72)发明人 程恒　刘毅　李智　周秋景　俞歌　 柴东　耿俊　顾艳玲　杨波　 江晨芳　徐秀鸣　雷峥琦　金鑫鑫　 吴龙珅　贾凡　黄涛　高宇欣　 (74)专利代理 机构 成都宏田知识产权代理事务 所(普通合伙) 51337 专利代理师 常利敏 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01)G06F 30/17(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 200米级齿爬式升船机塔柱及关键设备变形 协调分析与控制技 术 (57)摘要 本发明涉及升船机技术领域， 具体地说是 200米级齿爬式升船机塔柱及关键设备变形协调 分析与控制技术， 包括升船机塔柱信息模型构 建， 升船机塔柱及关键设备设计、 施工、 设备调试 运行阶段和升船机塔柱及关键设备变形控制措 施优化， 本发明通过BIM建立了高精度仿真模型， 进行有限元剖分用于后续仿真与工作评估， 通过 对塔柱结构分析组合与设计， 进行变形结构的预 测与适应性调整， 通过对施工阶段调试阶段的热 力学参数、 边界条件及仿真计算， 确认结构变形 适应性大小， 最后通过对整体模型建立， 设计、 施 工、 调试的整体评估和优化， 实现200米及以上级 齿爬式升船机塔柱及关键设备变形的设计及施 工的科学参考效果， 为高坝通航起到了实质性的 贡献。 权利要求书2页 说明书8页 附图17页 CN 114997016 A 2022.09.02 CN 114997016 A 1.200米级齿爬 式升船机塔柱及 关键设备变形协调分析与控制技术， 其特征在于， 包括 以下步骤： S1： 升船机塔柱信息模型构建： 采用BIM技术构建200米级升船机塔柱结构高精度仿真模型， 所述模型的几何信息与原 型一致， 包括但 不限于塔柱筒体、 梁及牛腿、 侧墙、 纵向导向、 螺母柱、 齿 条信息， 涵盖升船机 塔柱设计资料、 材料资料、 施工过程资料、 环境气象变化过程资料及安全监测资料， 且所述 模型可以进行有限元网格剖分， 用于后续高精度仿真和工作性态评估； S2： 升船机塔柱及关键设备设计阶段变形控制方法， 包括以下内容： S2‑1： 塔柱结构设计荷载选择： 所述荷载包括死荷载、 活荷载、 风荷载、 温度荷载和事故荷载； S2‑2： 设计荷载组合选择： 分析塔柱结构在运行阶段所承受的S2 ‑1中各种荷载及可能 的荷载组合， 选 定荷载最大值以及选取 各种不利的荷载组合； S2‑3： 设计阶段塔柱及关键设备变形计算预测： 基于S1中的模型和S2 ‑1中荷载最大值以及各种不利的荷载组合， 采用有限元分析方 法， 计算预测各种不利荷载组合下塔柱变形， 所述塔柱变形包括重点部位的相对变形； S2‑4： 塔柱结构及关键设备适应值设定： 根据所述S2 ‑3步骤预测得到的各种荷载组合下塔柱及关键设备的变形， 在 保证升船机 运行过程中承船厢上的齿轮与塔柱上的齿 条相啮合， 承船厢上的螺杆在旋转上升过程中与 塔柱上的螺母不 发生接触， 螺杆与螺母不 发生接触， 考虑较大的富裕度， 设定塔柱结构及关 键设备变形适应值； S3： 升船机塔柱及关键设备施工阶段变形控制方法， 包括以下内容： S3‑1： 塔柱结构混凝 土热力学参数选取： 分析温度监测资料， 对塔柱结构温度场反演， 得到塔柱结构混凝土的导热系数、 表面散 热系数以及绝热温升， 所述塔柱结构混凝土的弹性模量、 抗拉强度和抗压强度根据室内材 料试验获得， 密度和泊松比取设计值； S3‑2： 塔柱结构边界条件拟定： 塔柱筒体内外由于受到太阳辐射热的影响， 温度场差异性比较明显， 主要考虑两类温 度边界条件， 塔柱外面和塔柱里面两种温度边界； S3‑3： 塔柱结构变形仿真计算： 基于所述升船机塔柱结构高精度仿真模型建立、 塔柱混凝土热力学参数选取和边界条 件拟定， 采用有限元全过程仿真分析方法， 模拟塔柱结构混凝土浇筑过程、 硬化过程、 温度 控制过程、 环境气象变化过程， 计算得到塔柱整体 变形及螺母柱、 齿条、 纵向导向变形； S3‑4： 螺母柱、 齿条和纵向导向变形适应性评估： 比较所述S3 ‑3中螺母柱、 齿条和 纵向导向变形与设计阶段设定的机构适应值大小， 若 螺母柱、 齿 条和纵向导向变形小于机构适应值， 说明塔柱结构与螺母柱、 齿条和纵向导向等 金属结构间变形协调可靠， 否则应采取变形控制措施使其满足条件； S4： 升船机塔柱及关键设备调试运行阶段变形控制方法， 包括以下内容： S4‑1： 塔柱结构材 料参数反演分析： 在升船机调试运行阶段， 全面收集塔柱结构施工调试阶段的变形监测资料， 对变形监权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114997016 A 2测资料进行统计分析， 研究塔柱变形 的总体规律， 基于所述升船机塔柱结构高精度仿真模 型， 采用有限元全过程仿真分析方法， 按照塔柱结构的实际施工过程和 边界条件进行仿真 模拟， 依据变形监测资料， 反馈调整塔柱结构的热力学参数； S4‑2： 塔柱结构变形性态预测： 基于所述S4 ‑1得到的反演分析得到的热力学参数， 仿真计算使得塔柱结构计算变形与 监测变形相一致， 掌握塔柱结构的变形性态， 计算得到塔柱整体变形及螺母柱、 齿条、 纵向 导向变形， 并对塔柱结构及螺母柱、 齿条、 纵向导向变形性态进行 预测分析； S4‑3： 螺母柱、 齿条和纵向导向变形适应性评估： 比较所述S4 ‑2中螺母柱、 齿条和 纵向导向变形与设计阶段设定的机构适应值大小， 如 果螺母柱、 齿 条和纵向导向变形小于机构适应值， 说明塔柱结构与螺母柱、 齿 条和纵向导向 等金属结构间变形协调可靠， 否则应采取变形控制措施使其满足条件； S5： 升船机塔柱及关键设备变形控制措施优化： 调整塔柱结构控制措施和施工过程， 包括但不 限于改变材料的热力学参数、 调整间歇 期和改变保温措施， 研究不同因素对变形的影响程度， 提出200米级升船机塔柱结构设计阶 段、 施工阶段变形控制措施优化方案 。 2.根据权利要求1所述的200米级齿爬式升船机塔柱及关键设备变形协调分析与控制 技术， 其特征在于， 所述S2 ‑1中的死荷载包括但 不限于塔柱结构的自重荷载、 承船厢、 绳索、 平衡重自重荷载及 承船厢内水的重量、 螺母柱、 齿 条自重荷载、 起重机、 厂房自重荷载、 楼梯 自重荷载； 所述活荷载为不同高程平板活荷载、 起重机活荷载、 水位差和水压； 所述事故荷 载为承船厢空载、 承船厢满载至顶部、 受到浮力作用的承船厢、 承船厢中有沉船。 3.根据权利要求1所述的200米级齿爬式升船机塔柱及关键设备变形协调分析与控制 技术， 其特征在于， 所述S2 ‑3中的重点部位的相 对变形包括但不限于螺母柱、 齿条、 纵向导 向部位的左右岸塔柱横河向最大变形差、 上下游塔柱纵向最大变形差、 左右岸塔柱垂直向 最大变形差， 齿条、 螺母柱与纵向导向相对纵向变形最大值， 以及同高程螺母柱部位与齿 条 部位相对竖向变形最大值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114997016 A 3