一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱

摘要

本发明公开了一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱，本发明整体布局与箱体外形大小相适应，密封凹槽呈现直线伸展围合，并且轮廓边缘采用圆弧过渡，形成了一种围合矩形圆弧结构。本发明设计一种中部较为密集，边缘较为稀疏的螺孔排列结构，另外在用于紧定的螺栓上添加了两道密封垫圈，进一步加强了固定螺孔的密封性。本发明针对箱体的边缘进行专门设计，把箱体的边缘轮廓设计成半径为10mm的圆弧包络结构，减少过水流、飞溅水流、积渍水流等水体对水工钢闸门信息存储箱的影响。本发明箱盖的内侧表面纵向设计了与左、右侧棱平行的长方体条形凸起肋筋，所述箱盖内侧表面的棱状凸起肋筋横纵交汇，形成了十字交错肋筋结构。

权利要求

1.一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱，其特征在于：包括长方体结构的箱体（11），所述箱体（11）上盖设有箱盖（1）；

所述箱体（11）的轮廓边缘均采用半径为10mm的包络圆弧结构（2），所述箱体（11）内部开设有环绕箱体（11）内侧壁的密封凹槽（3），所述密封凹槽（3）的槽口朝向箱体（11）的开口，且所述密封凹槽（3）的槽口与箱体（11）的开口平齐，所述密封凹槽（3）的轮廓边缘均为圆弧结构，所述密封凹槽（3）中安装有若干密封圈；

所述箱体（11）的上箱沿（5）开设有若干螺栓孔（4），所述螺栓孔（4）在上箱沿（5）的每个边上的排布方式均相同，所述上箱沿（5）的每个边上的螺栓孔（4）从中间向两侧分布的间距依次为（3+n）*d，其中n为中间螺栓孔向两侧边缘计数的顺序编号，起始编号为1，d为螺栓孔（4）的孔径；

所述箱盖（1）包括箱盖顶（6）和箱盖侧壁（7），所述箱盖顶（6）和箱盖侧壁（7）之间面与面的连接为圆弧结构，所述箱盖顶（6）和箱盖侧壁（7）之间边角连接处为球面结构，所述箱盖顶（6）和箱盖侧壁（7）之间圆弧结构和球面结构的半径相等，所述箱盖（1）的箱盖下沿（8）上开设有与箱体（11）上相套做的螺栓孔（4）；

所述箱盖（1）的内壁（10）安装有若干条分别与箱盖（1）侧边平行的肋筋（9），所述肋筋（9）以十字形结构相互交叉分布；

所述密封凹槽（3）中密封圈的中心轴平行于箱体（11）的底部。

2.如权利要求1所述的一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱，其特征在于：所述密封凹槽（3）的宽度为密封圈外径的1.2倍。

3.如权利要求1所述的一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱，其特征在于：所述密封凹槽（3）的轮廓边缘与箱体（11）的轮廓边缘相同。

4.如权利要求1所述的一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱，其特征在于：所述螺栓孔（4）的孔径d为10 11mm。

~

5.如权利要求1所述的一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱，其特征在于：箱盖顶（6）和箱盖侧壁（7）之间圆弧结构和球面结构的半径均为7 13mm。

~

6.如权利要求1所述的一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱，其特征在于：所述箱盖（1）的上箱沿（5）与箱体（11）的箱盖下沿（8）均安装有密封垫；密封垫的材质为三元乙丙橡胶或聚醚型聚氨酯弹性体。

7.如权利要求1所述的一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱，其特征在于：肋筋（9）在内壁（10）从中间向四周按1:3等比渐次排布。

8.如权利要求1所述的一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱，其特征在于：肋筋（9）是斜度为1:6的梯形结构。

9.如权利要求1所述的一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱，其特征在于：箱体（11）材料选用304不锈钢或铝合金材质或Cr合金钢；其中，面对深海环境，箱体（11）选用Cr合金，面对淡水环境，箱体（11）采用不锈钢。

说明书

一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱

技术领域

[0001] 本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱。

背景技术

[0002] 由于水工钢闸门长年受到水压力及激流冲击等大负荷及交变载荷作用，箱体局部变形、不均匀变形等极易引起结构防护失效，从而造成水工钢闸门安全监测信息存储箱的故障或损坏。为安全监测传感信息存储装置能够提供一个干燥、密闭的环境中，可靠采集和存储信息，需对箱体进行严格密封防水保护以及抗压抗变形能力。由于水工钢闸门长年受到静动水压力、激流交变水动力的作用，所以需要提高水工钢闸门信息存储箱应对这一运行工况的防护性能，减少密封保护失效概率，保障水工钢闸门安全监测信息存储装置的正常可靠运行。为可靠采集和存储信息，需确保外装铠装箱体与箱盖之间的密封紧定。

[0003] 因此，钢闸门安全监测信息存储箱的箱体抗变形能力、钢闸门安全监测信息存储箱的箱体边缘轮廓结构，按在水工钢闸门安全运行要求进行专门设计考虑，显得尤其重要。

发明内容

[0004] 本发明为水工钢闸门设备安全监测传感装置外装铠装箱体提供密封防水保护，从而保持箱体内部干燥、安全的工作环境，从而确保水工钢闸门信息储存装置的安全可靠运行。

[0005] 本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

[0006] 一种具有铠装保护的水工钢闸门安全监测信息储存箱，包括长方体结构的箱体，所述箱体上盖设有箱盖；

[0007] 所述箱体的轮廓边缘均采用半径为10mm的包络圆弧结构，所述箱体内部开设有环绕箱体内侧壁的密封凹槽，所述密封凹槽的槽口朝向箱体的开口，且所述密封凹槽的槽口与箱体的开口平齐，所述密封凹槽的轮廓边缘均为圆弧结构，所述密封凹槽中安装有若干密封圈；

[0008] 所述箱体的上箱沿开设有若干螺栓孔，所述螺栓孔在上箱沿的每个边上的排布方式均相同，所述上箱沿的每个边上的螺栓孔从中间向两侧分布的间距依次为(3+n)*d，其中n为中间螺栓孔向两侧边缘计数的顺序编号，起始编号为1，d为螺栓孔的孔径；

[0009] 所述箱盖包括箱盖顶和箱盖侧壁，所述箱盖顶和箱盖侧壁之间面与面的连接为圆弧结构，所述箱盖顶和箱盖侧壁之间边角连接处为球面结构，所述箱盖顶和箱盖侧壁之间圆弧结构和球面结构的半径相等，所述箱盖的箱盖下沿上开设有与箱体上相套做的螺栓孔；

[0010] 所述箱盖的内壁安装有若干条分别与箱盖侧边平行的肋筋，所述肋筋以十字形结构相互交叉分布。

[0011] 进一步的，所述密封凹槽中密封圈的中心轴平行于箱体的底部。

[0012] 进一步的，所述密封凹槽的宽度为密封圈外径的1.2倍。

[0013] 进一步的，所述密封凹槽的轮廓边缘与箱体的轮廓边缘相同。

[0014] 进一步的，所述螺栓孔的孔径d为10～11mm。

[0015] 进一步的，箱盖顶和箱盖侧壁之间圆弧结构和球面结构的半径均为7～13mm。

[0016] 进一步的，所述箱盖的上箱沿与箱体的箱盖下沿均安装有密封垫；密封垫的材质为三元乙丙橡胶或聚醚型聚氨酯弹性体。

[0017] 进一步的，肋筋在内壁从中间向四周按1:3等比渐次排布。

[0018] 进一步的，肋筋是斜度为1:6的梯形结构。

[0019] 进一步的，箱体材料选用304不锈钢或铝合金材质或Cr合金钢；其中，面对深海环境，箱体选用Cr合金，面对淡水环境，箱体采用不锈钢。

[0020] 本发明的有益效果为：

[0021] 本发明按照力学仿真成果设计适合冲击较大荷载需要的肋筋分布结构和箱体整体相结合的结构，形成一种新型抗变形、耐水下压力荷载的铠装信息储存箱，从而在水工钢闸门的运行过程中，形成箱体对水压及激流冲击等载荷影响的抗压防变形能力。保持箱体整体结构，防止箱体的损坏变形。

[0022] 本发明整体布局与箱体外形大小相适应，密封凹槽呈现直线伸展围合、并且四个边角连接处采用圆弧过渡，形成了一种围合矩形圆弧结构；本发明设计一种中部较为密集，边缘较为稀疏的螺栓孔排列结构，另外在用于紧定的螺栓上添加了两道密封垫圈，进一步加强了固定螺栓孔的密封性；本发明针对箱体的边缘进行专门设计，把箱体的边缘轮廓设计成R10的圆弧包络结构，减少过水流、飞溅水流、积渍水流等水体对水工钢闸门信息存储箱的影响；本发明箱盖的内侧表面纵向设计了与左、右侧棱平行的长方体条形凸起肋筋，所述箱盖内侧表面的棱状凸起肋筋横纵交汇，形成了十字交错肋筋结构。

[0023] 本发明的水工钢闸门安全监测信息储存箱抗压、抗变形能力强，结构制造工艺简单，有利于在水利工程行业内进行推广使用，从而提高水工钢闸门设备安全监测传感装置的防护性能。

附图说明

[0024] 图1是本发明箱体中密封凹槽的结构示意图；

[0025] 图2是本发明上箱沿上的螺栓孔排布示意图；

[0026] 图3是本发明中箱盖的结构示意图；

[0027] 图4是本发明中阻力系数随包络圆弧半径相关特性曲线图；

[0028] 图5是本发明中箱盖内壁上的肋筋结构示意图；

[0029] 图6是本发明箱体与箱盖的整体结构示意图；

[0030] 图7是本发明中箱盖及箱体的荷载分布示意图。

[0031] 附图标记说明：

[0032] 1-箱盖、2-包络圆弧结构、3-密封凹槽、4-螺栓孔、5-上箱沿、6-箱盖顶、7-箱盖侧壁、8-箱盖下沿、9-肋筋、10-内壁、11-箱体。

具体实施方式

[0033] 下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

[0034] 本发明主要从钢闸门安全监测信息存储箱的四个方面进行设计：

[0035] (1)箱体11边缘的圆弧包络状结构：

[0036] 本发明对箱体11的边缘进行专门设计，减少过水流、飞溅水流、积渍水流等水体对水工钢闸门信息存储箱的影响，保持外部表面不受损伤，保证箱体11内部干燥安全的工作环境，实现箱体11的密封防水结构设计。

[0037] 本发明包括长方体结构的箱体11，箱体11上盖设有箱盖1，箱体11的轮廓边缘均采用半径为10的包络圆弧结构2。

[0038] (2)箱体11的密封凹槽3：

[0039] 设计水工钢闸门信息存储箱的水下密封凹槽结构，配备与密封凹槽结构相适用的密封圈，解决水工钢闸门安全监测信息存储保护箱体的渗水、动水压力漏水的问题，有效为水工钢闸门设备安全监测传感装置的提供了一个安全的工作环境。

[0040] 箱体11内部开设有环绕箱体11内侧壁的密封凹槽3，密封凹槽3的槽口朝向箱体11的开口，且密封凹槽3的槽口与箱体11的开口齐平，密封凹槽3的轮廓边缘等同于箱体11的轮廓边缘。密封凹槽3中安装有若干密封圈，密封圈的中心轴平行于箱体11的底部，密封凹槽3的宽度为密封圈外径的1.2倍。

[0041] (3)密封螺栓孔：

[0042] 本发明的螺栓孔设计适合大冲击荷载需要的水工钢闸门信息存储箱，其中包括新型抗变形、抗腐蚀、耐水下压力荷载的螺栓孔结构，从而在防护过程中，保证箱体与箱盖之间的密封紧定，保障水工钢闸门信息存储设备安全工作运行。

[0043] 箱体11的上箱沿5开设有若干螺栓孔4，螺栓孔4在上箱沿5的每个边上的排布方式均相同，上箱沿5的每个边上的螺栓孔4从中间向两侧分布的间距依次为(3+n)*d，其中n为中间螺栓孔向两侧边缘计数的顺序编号，起始编号为1，d为螺栓孔4的孔径，d为10～11mm，与螺栓孔4适配使用的螺栓采用两层橡胶密封垫圈。

[0044] (4)抗压防变形的箱盖1：

[0045] 本发明按照力学仿真成果设计适合大冲击荷载需要的肋筋结构和结构分布，通过设计一种箱盖结构增强箱盖的抗变形能力，解决水工钢闸门安全监测信息存储保护箱体的容易变形的问题，有效为水工钢闸门设备安全监测传感装置的外装铠装箱体保护。

[0046] 箱体11上盖设有箱盖1，箱盖1包括箱盖顶6和箱盖侧壁7。箱盖顶6和箱盖侧壁7之间面与面的连接为圆弧结构，箱盖顶6和箱盖侧壁7之间边角连接处为球面结构，箱盖顶6和箱盖侧壁7之间圆弧结构和球面结构的半径均为7～13mm。箱盖1的箱盖下沿8上开设有与箱体11上相匹配的螺栓孔4，用于与箱体11的匹配连接。

[0047] 箱盖1的内壁10安装有若干条分别与箱盖1侧边平行的肋筋9，肋筋9以十字形结构相互交叉分布。肋筋9在内壁10从中间向四周按1:3等比渐次排布。肋筋9是斜度为1:6的梯形结构。

[0048] 箱盖1的上箱沿5与箱体11的箱盖下沿8均安装有密封垫；密封垫的材质为三元乙丙橡胶或聚醚型聚氨酯弹性体。

[0049] 本发明箱体材料选用304不锈钢或铝合金材质或Cr合金钢；其中，面对深海环境，箱体选用Cr合金，面对淡水环境，箱体采用不锈钢。

[0050] 下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

[0051] 实例1

[0052] 本发明主要利用力学仿真分析对钢闸门安全监测信息存储箱进行荷载分布的计算。有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟。利用简单而又相互作用的元素(即单元)，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

[0053] 1.密封橡胶圈元件的变形计算

[0054] 在进行密封凹槽3宽深比例设计时，将密封圈断面上的压力体以0.1mm的单元划分来进行有限元仿真计算，得到最优的密封凹槽宽深比例。

[0055] 1)拉伸与压缩变形

[0056] 橡胶元件在简单拉伸和压缩变形时，其应力σ与ε之间的关系式为：

[0057]

[0058] ε＝f/h              (1-1)

[0059] 式中：Ea表示橡胶元件的表观弹性模量；

[0060] f表示橡胶元件的变形量；

[0061] ε表示橡胶元件的压缩变形量；

[0062] h表示橡胶元件的高度。

[0063] 橡胶的压缩变形量，一般均在ε＜50％范围内，若ε＜15％，可以近似取σ≈Eaε。

[0064] 橡胶的表观压缩弹性模量Ea与橡胶元件的几何形状有关，可表示为Ea＝iG[0065]

[0066] 式中：i表示几何形状和硬度影响因子；

[0067] G表示橡胶的切变模量；

[0068] S表示形状因子Ar之比值；

[0069] HS表示橡胶的肖氏硬度值；

[0070] c表示矩形块的长度；

[0071] a表示矩形块的宽度。

[0072] 2.切向变形

[0073] (1)切应力与切应变的关系

[0074] 橡胶受切向力作用时，切应力τ和切应变γ之间的关系为：

[0075]

[0076] 式中：Ga表示橡胶的表现切变模量；

[0077] γ表示切应变；

[0078] fτ表示切向变形量；

[0079] h表示橡胶元件的高度。

[0080] (2)表现切向模量

[0081] 橡胶的表现切变模量为：Ga＝lG

[0082]

[0083] 式中：l表示弯曲变形影响因子；

[0084] ρ表示回转半径；对于圆柱体橡胶元件，ρ＝d/4；

[0085] h表示橡胶元件的高度。

[0086] 当橡胶元件的高度h与直径d之比值小于0.5时，可忽略弯曲变形的影响，取τ＝1。对于较薄的橡胶衬套亦可同样处理，即近似取Ga＝G。

[0087] (3)切变模量与硬度的关系

[0088] 在实测范围内，橡胶的切变模量G与橡胶的肖氏硬度之间呈现下述近似关系：

[0089] G＝0.117e0.034HS(MPa)        (1-5)

[0090] 根据力学仿真分析设计凹槽宽深比例，其特征是：密封凹槽3的宽度为密封圈断面直径的1.2倍，密封凹槽3的深度为密封圈断面直径的0.8倍。密封圈形状为圆柱形的橡胶条，凹槽的设计为矩形断面。根据密封圈的断面面积，得到1.2*0.8＝0.96，符合密封条在凹槽里面的压缩条件。这种凹槽的比例设计，不仅能到达对箱体的密封条件，同时保留密封圈足够的压缩量。能够减少用起子或铁钎撬开密封圈是造成的损坏，还极大地增强的密封凹槽的耐压能力。

[0091] 2.包络圆弧应力最小化的力学仿真分析

[0092] 在进行包络圆弧的分析时，将圆弧固定，选取7～13mm之间的水力半径，进行应力的分析。根据应力的传递，可以计算分析得到，水力半径在10mm的时候，在固体表面的应力最小。应力最小的时候，起到抗压防变形的作用，这样就达到设计的作用。

[0093] 有限元计算原理如下：

[0094] 1.单元位移插值函数的选取

[0095] 在单元内建立的位移模式为：

[0096] {f}＝[N]{δ}e      (2-1)

[0097] {f}为位移函数，[N]形函数矩阵，{δ}e为节点位移列矩阵

[0098] 其中：[N]＝[IN1，IN2，IN3……IN15]，I为单位矩阵。

[0099] 按等参元的特性，局部坐标(ξ，η，ξ)到整体坐标(x，y，z)的坐标转换也采用与位移插值类似的表达式。不管内部单元或边界附近的单元均可选择相同的位移函数，则为它们建立单元特性矩阵的方法是相同的。对于15节点楔形体单元体内各点位移在整体坐标系(u,v,w)下一般取：

[0100]

[0101] 上式中的(ui，vi，wi)为整体坐标系下节点i处的位移值，i为整数，Ni(ξ，η，ξ)为在局部坐标系下节点相应的形函数。

[0102] 2.单元特性分析

[0103] 根据几何方程可建立单元内的应变矩阵{ε}＝{εx，εy，εz，γxy，γyz，γzx}：

[0104] {ε}＝[B]{δ}e         (2-3)

[0105] 其中，εx表示x方向上的应变，εy表示y方向上的应变，εz表示z方向上的应变，γxy、γyz、γzx分别表示xy、yz、zx面的相对应的切应变。

[0106]

[0107] {ε}为应变矩阵，[B]为应变矩阵，

[0108] 对于小变形线性弹性问题，根据物理方程建立单元内的应力矩阵：

[0109] {σ}＝[D]{ε}＝[D][B]{δ}e    (2-5)

[0110] {σ}为应力矩阵，[D]为弹性矩阵

[0111] 根据虚功原理求出单元中的节点力{F}e：

[0112] {F}e＝[k]{δ}e           (2-6)

[0113] [k]为单元刚度矩阵

[0114] 对于整体结构上的任一点i，建立平衡方程：

[0115]

[0116] 其中，Ri表示节点的外荷载矩阵，Fi表示i点对应的节点力。

[0117] 3.建立流体的计算公式

[0118] 在重力场中，流体内某点的静止压强P：

[0119] P＝p0+ρgh        (2-8)

[0120] 式(2-8)中，P0为绝对压强，h为水的高度，g为压力式的常量，一般为9.8N/kg。

[0121] 整个流体机械能的增量：

[0122]

[0123] 其中，Δm为水的质量，v2为水流的末速度，v1为水流的初速度，h1和h2是相应速度对应的水头。

[0124] 把一段截面间流体视为由流体微元组成的质点系，则内部相互作用的压力为内力，其他部分流体对研究对象的压力、重力以及管壁的压力均为外力，以 表示合力：

[0125]

[0126] 其中，Q为流体的流量。

[0127] 3.进行肋筋间距的排列分析：

[0128] 当采用1:1的肋筋间距时，根据力学仿真分析，箱盖可以承受的荷载远大于水荷载作用下的荷载，也考虑到材料浪费的原因，因此不需要采用1:1进行间距的排列；

[0129] 当采用1:2的肋筋间距时，根据力学仿真分析，箱盖可以承受的荷载也大于各种条件下水荷载作用的荷载，因此也用采用1:2的间距排列；

[0130] 当采用1:3的肋筋间距时，根据力学仿真分析，箱盖能承受的最大荷载和水荷载作用下的荷载基本一致，因此，采用1:3的肋筋间距分布排列；

[0131] 当采用1:4的肋筋间距时，根据力学仿真分析，箱盖能承受的荷载不能满足水荷载作用时的条件，因此，1:4的肋筋间距分布不符合排列；

[0132] 以此进行推理实验。

[0133] 结论：1:3的等比渐次分布，按照力学仿真分析得到。根据对箱盖整体各种分布的对比获得1:3的比例条件。根据对1:1、1:2、1:3、1:4...依次进行仿真分析，根据各种情况下，对箱盖表面的水荷载分布作用比较，结合材料的优化使用，箱体在水下工作的额定条件，采用1:3的等比渐次进行对肋筋间距的分布排列。以适合水工钢闸门运行过程中水压力及激流冲击的作用，实现整体的防变形目标。

[0134] 4.进行螺栓孔间距的排列分析：

[0135] 1)当用四个螺钉固定箱体时，根据结构力学仿真分析，中间的变形量过大，则中间的箱盖发生变形，超过最大挠度限值；

[0136] 2)当用3d间距固定箱体时，根据结构力学仿真分析，中间的变形量依然过大，则中间的箱盖发生变形，超过最大挠度限值；

[0137] 3)当用3d、4d、5d、6d、7d等呈现渐次稀疏固定箱体时，根据结构力学仿真分析，变形量可以控制在要求的范围之内，满足箱体在水下工作时的条件。

[0138] 综上，当螺栓孔间距排列呈现渐次稀疏，根据力学计算和结构力学仿真分析，螺栓孔的变形量控制在最大挠度限值之内，满足工作的要求。因此设计方案采取螺栓孔的间距按3d、4d、5d、6d、7d等呈现渐次稀疏。

[0139] 采用结构力学受力的分析方法，当箱体受到水压力及激流冲击等大负荷及交变载荷作用时，箱体中心受到水的荷载比较多。箱体与箱盖处需要紧定孔布置，螺栓孔的间距按3d、4d、5d、6d、7d……呈现渐次稀疏。在这种荷载的作用下，呈现上下两侧、左右两侧螺栓孔中部较为密集，边缘较为稀疏的排列结构特征。

[0140] 螺栓孔受力进行力学仿真分析。箱体在水下进行工作时，会受到动水激流的冲刷，根据仿真结构的显示，在螺栓孔间距排列不同时，箱盖变形量的大小也随之发生改变。随着螺栓孔间距的变化，变形量的大小也随之改变，呈现出变形量逐渐控制在最大挠度限值之内。根据力学仿真分析，当螺栓孔的间距呈现3d、4d、5d、6d、7d……排列分布时。达到最优的使用条件，在水下工作的时也会受到最小的变形量。

[0141] 孔径的确定，首先建立螺栓孔径设计的计算公式

[0142] 残余预紧力计算公式：

[0143] F’p＝KFc                (4-1)

[0144] 残余预紧力为F’p，残余预紧力系数K，Fc为预紧力

[0145] 表1是受轴向力紧螺栓所需残余预紧力系数K，根据表1，K的选择范围为1.25～1.3；

[0146] 预紧力计算公式：

[0147] Fp＝F’p+(1-λ)Fc         (4-2)

[0148] 表2是螺栓连接的相对刚度λ值，根据表2，相对刚度取0.9；

[0149] 总荷载计算公式：

[0150] F0＝Fc+F′p         (4-3)

[0151] 强度校核计算公式：

[0152]

[0153] 根据公式(4-4)，计算相应的强度；

[0154] 许用应力计算公式：

[0155]

[0156] 其中，σs塑性材料的极限应力，Ss-安全系数，见表3。

[0157] 螺栓设计计算公式：

[0158]

[0159] d1是螺栓的小径，根据公式(4-6)计算得到。

[0160] 螺栓的孔径主要考虑，螺栓组荷载的承载要求确定螺栓的尺寸，达到可以承受荷载的能力，保证安全监测信息存储保护箱体与箱盖之间不容易形变分离。螺栓小径大小由公式(4-6)确定，计算得到d1的值。根据力学满足受载的要求，按标准系列圆整取M10。当公称直径取M10时，小径d1＝8.344，则取值为9mm。由《机械设计手册》规定，孔径比安装螺栓大1～2mm,因此设计盖子上的孔径为10～11mm。

[0161]

[0162] 表1受轴向力紧螺栓所需残余预紧力系数K

[0163]

[0164] 表2螺栓连接的相对刚度λ

[0165]

[0166] 表3预紧螺栓连接的安全系数Ss

[0167] 实例2

[0168] 包络圆弧R＝10的确定

[0169] 包络结构建模示意图，也是仿真的边界示意图，在这个过程中，需要进行边界的设定，然后把结构模型示意图划分为有限元网格，进行单元网格的应力计算。

[0170] 任何的固体表面都是凹凸不平，将固体壁面平均的凸出高度称为绝对粗糙度，以Δ表示。也可以称为阻力系数。同样的Δ对于不同的水力半径R有着不同的效果。所以在我们确定包络圆弧的半径时，需要以阻力系数的大小来进行计算确定圆弧的半径大小。

[0171]半径(R) 7 8 9 10 11 12 13
阻力系数 1.06 1.05 1.03 1.02 1.04 1.06 1.08

[0172] 表4包络圆弧半径的确定(单位：mm)

[0173] 根据在相同的固体表面下，利用不同的水力半径，进行阻力的计算，经过计算可以得出，包络圆弧的半径R＝10mm时，阻力比较小，也是最佳半径。密封凹槽断面底部两个边角和顶部的棱角设计成一种R10包络圆弧状结构，这样既防划伤，又能够达到保护密封橡圈的效果。

[0174] 箱体包络圆弧模型在动水激流作用下的仿真流线图，表现为箱体在水下工作时，包络圆弧半径大小与阻力系数的相关特性。

[0175] 按不同半径建立箱体包络圆弧模型，仿真试验成果表明，随着包络圆弧半径R的变化，阻力系数也随之改变，相关试验数据列见表1所示，阻力系数随包络圆弧半径呈现出先大后小、再先小后大的特征。箱体包络圆弧半径R＝10mm的时候，箱体包络结构水下工作时，其阻力系数较小，呈现较好抗动水激励特性。

[0176]半径(R) 7 8 9 10 11 12 13
阻力系数 1.06 1.05 1.03 1.02 1.04 1.06 1.08

[0177] 表5箱体包络圆弧半径与激流阻力系数相关特性(单位：mm)

[0178] 实例3

[0179] 十字肋筋结构的作用：箱盖内侧表面的棱状凸起横纵交汇，形成十字肋筋结构的棱状凸起结构，通过十字肋筋的棱状结构，极大地增强的箱盖的抗压、抗变形能力。在水下工作时，一般箱盖中间部分受力较大，四周受力则较小，本实用新型箱盖内侧的十字肋筋结构的布置，更加适应水压对箱盖的冲击里不均衡情况，能够更好地应对水下压力的变化，防止箱盖的形变。通过设计箱盖十字肋筋结构增强箱盖的抗变形能力，解决水工钢闸门安全监测信息存储保护箱体的容易变形的问题，有效为水工钢闸门设备安全监测传感装置的外装铠装箱体保护。

[0180] 1.1承载力计算理论失稳方式

[0181] 轴心承载能力失稳形式可分为构件整体失稳和板件局部失稳，就轴心整体失稳类型而言，除平面变位的弯曲屈曲外，还有可能发生空间变位的扭转屈曲和弯扭屈曲。根据弹性稳定理论，单轴对称截面绕对称轴(y轴)的弯扭效应换算长细比：

[0182]

[0183] λy为绕y轴长细比，λs为扭转长细比，e0为截面剪心，i0为截面对剪心的极回转半径，

[0184] 十字肋筋结构钢截面可近似为双轴对称截面(图1)，此时截面剪心e0＝0，可得：λys＝λy，即十字肋筋结构钢轴心受压构件的弯扭长细比与弯曲长细比相等。可知十字肋筋结构钢理论上仅可能发生弯曲失稳或扭转失稳。

[0185] 1.2扭转屈服与局部稳定的关系

[0186] 由两端铰支的轴心受压构件弹性扭转屈曲的扭矩平衡方程，可推导出轴心受压构件扭转屈曲荷载：

[0187]

[0188] E为材料的弹性模量，It为毛截面抗扭惯性矩，Iw为毛截面扇性惯性矩，式(2)中g为构件的长度。

[0189] 十字肋筋结构钢构件近似为双轴对称截面形式，其截面扇形惯性矩近似于0，根据弹性稳定理论，十字肋筋钢构件整体扭转屈曲应力为：

[0190]

[0191] t为主板厚度，b为主板宽度。

[0192] 综合以上分析，十字肋筋结构钢截面构件的整体扭转稳定与局部稳定具有相同的临界应力，只要充分考虑板件的局部稳定问题，理论上不会发生扭转屈曲现象。因此计算杆件轴心受压稳定承载力可不再考虑扭转屈曲的影响，按弯曲失稳进行计算。

[0193] 1.3十字肋筋结构稳定承载力分析

[0194] ASCE10—1997《美国铁塔设计导则》规定的双轴对称十字截面构件等效回转半径rt计算公式为：

[0195]

[0196] 其中，L为十字构件的长度。

[0197] GB50017—2003《钢结构设计规范》有关双轴对称十字截面构件的计算长细比取值均考虑扭转屈曲换算长细比的影响，且随着截面宽厚比的增大而增大，不同规范长细比取值基本相当。GB 50017—2003《钢结构设计规范》关于长细比的规定，对部分十字肋筋结构进行轴心受力稳定承载力计算即可。根据计算确定十字肋筋的结构特征。

[0198] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。