泄洪闸闸墩流激振动特性与加固措施研究

摘要

大流量、高流速是当今水利枢纽的特点,当宣泄洪水时,紊动水流流经泄洪建筑物容易引起闸墩等轻型水工建筑物的振动,即流激振动。国内外对于流激振动引起的安全事故屡有报道,水工结构在脉动水流荷载作用下的安全及稳定性问题应引起人们的充分重视。蜀河水电站上下游水位差较小,不同运行工况淹没水流流态复杂,在低频大幅水流波动作用下容易引起闸墩较大振动,甚至危及闸门的安全运行,其动力响应和稳定性问题比较突出。针对上述问题,本文结合闸墩物理模型试验、原型观测试验及数值模拟对闸墩的流激振动特性展开研究,提出了减振措施及应当避免的不当运行方式,得出的结论对于今后的水工设计具有重要指导意义。主要研究成果如下:
　　(1)通过闸墩水力学模型试验和水弹性模型试验测得作用于闸墩的水动力荷载及动力响应,研究水动力荷载和闸墩动响应的幅值及功率谱特性,为后续的数值模拟及判断有无共振可能提供依据。
　　(2)基于有限元理论,利用有限元软件ANSYS建立蜀河水电站闸墩三维有限元模型,分析闸墩的干模态及湿模态特性,结合模型所测水动力荷载特性判断闸墩是否会和水流发生共振。将模型所测的水动力荷载施加于数值模型,分析闸墩的动响应,并和物理模型试验所测的动响应进行对比,以检验数值模拟和物理模型试验的合理性。并根据相关标准判定闸墩的动应力和动位移,对闸墩的安全稳定性作出评价。
　　(3)通过原型观测试验,进一步分析闸墩的振动特性,揭示引起闸墩振动的原因,指出危险的运行工况,并和数值模拟及物理模型试验相互验证,证明联合运用数值模拟、物理模型试验及原型观测是解决流固耦合问题的有效方法;并指出应该避免的运行方式。
　　(4)结合数值模拟,研究闸墩的减振措施,表明闸墩闸尾同时用箱型梁加固是一种有效的减振方法。

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第一章绪论

1.1 问题的提出

1.2前人的工作

1.3本文研究内容和目的

第二章 闸墩水动力荷载特性

2.1 研究背景

2.2 水力学模型试验原理及测点布置、试验工况

2.3 随机振动理论及信号采样分析方法

2.4 闸墩水动力荷载特性分析

2.5 本章小结

第三章 闸墩模态及流激振动特性

3.1 闸墩模态分析

3.2 闸墩流激振动模型试验

3.3 闸墩流激振动计算分析

3.4 本章小结

第四章 闸墩原型观测振动特性

4.1 动位移测点布置及测试工况

4.2 闸墩动位移特性

4.3 闸墩数值模拟、模型试验及原观动位移分析对比

4.4 闸墩振动信号特性分析

4.5 本章小结

第五章 闸墩减振措施研究

5.1 各加固方案模态分析

5.2 各加固方案闸墩动响应

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

硕士期间发表论文及参加科研情况

致谢