三峡左导墙泄洪振动原型观测及其动态识别与安全评估

利用汛期三峡枢纽工程泄洪期间泄流荷载对左导墙产生的激励作用,对三峡左导墙结构进行了原型动力响应测试,分析了导墙泄洪振动动位移响应均方根的沿程分布特征;在此基础上,以泄流荷载为激励源,利用动力响应对导墙结构的工作模态参数进行了动态识别;最后,综合导墙结构泄洪振动动位移原型观测、模态参数动态识别结果对三峡左导墙汛期的泄洪振动安全性进行了综合评估.结果表明,三峡左导墙泄洪振动安全,按Meister感觉曲线标准,其泄洪振动响应属于"强烈地感觉到"阶段,但产生低阶共振可能性不大.     

水电站消力池导墙抗疲劳破坏问题研究

为研究水电站消力池导墙抗疲劳破坏问题,对某大型水利枢纽消力池导墙流激振动疲劳破坏问题进行了系统研究。通过枢纽整体水力学模型试验,测量与分析导墙两侧面的水流脉动压力,进行导墙的自振特性计算与水力共振校核;进行导墙静应力和流激振动响应计算与强度校核;对不满足强度要求的墙段,进行配筋计算与防裂验算,用2种方法对配筋后的导墙进行抗疲劳破坏计算研究,根据抗疲劳要求增加导墙的配筋量,使其满足安全要求。     

向家坝工程消力池中导墙荷载特性及体型优化探讨

向家坝工程宣泄洪水时，消力池中的淹没混合流将对导墙产生较强的水流脉动力和激振力作用．通过水力学模型流激振动作用力试验，分析了作用在导墙上的荷载特性，并通过动力有限元计算方法，分析了导墙动应力和振动模态，并依此得到了导墙体型优化结果．     

三峡溢流坝左导墙流激振动有限元计算分析

三峡工程溢流坝泄水时 ,泄洪水流将对导墙产生较强的水流脉动压力和激荡力作用 ,可能诱发结构振动 ,甚至导致工程事故。以左导墙为研究对象 ,在总结了水弹性模型流激振动试验和相应计算的基础上 ,水弹性振动模型试验实测的脉动压力成果 ,按水弹性相似律进行转化 ,采用逐步积分方法 ,对导墙模型结构和原型结构作流激振动响应分析比较 ,并对点面转换系数进行了探讨 ,最后对导墙的安全度进行了综合性评价 更多还原     

水工结构流激振动响应的反分析

水流诱发工程结构振动在工程中十分常见，如溢流拱坝、泄水管道、导墙、闸门等的振动．有时会影响工程安全运行，甚至破坏，一直受到设计和管理人员的重视．当前比较现代的解决流激振动研究方法是采用水动力学和结构动力学“合二而一”的水弹性模型，同时要求满足两方面的相似条件．但在实践上有很大困难，难免存在一些不相似的因素，致使原型预报发生一些问题．本文从作用荷载出发，首先提出了整体（面）脉动荷载的相关系数求解方法，表明面脉动压力的相关系数可近似采用点脉动压力的相关系数．提出的水工结构流激振反分析方法，可用于由少量测点的动位移实对值反馈分析出整个结构在水流动力荷载作用下的动位移场和动应力场，同时还可用于水弹性模型模拟中不相似因素对振动响应影响的修正，从而解决模型与原型关系问题．通过对几个高水头、大泄量的高溢流拱坝和三峡导墙流激振动研究表明，这一方法在理论上与实践上是统一的和切实可行的．     

三峡工程左导墙设计研究

左导墙是泄洪坝段与左厂房之间的导水隔墙，其最大高度为９７．４５ｍ，最大底宽５０．５２ｍ，由于导墙右侧为泄洪挑流消能区，作用在导墙上的时均压力及脉动压力幅值沿程变化较大，水位变幅也较大。在研究水工模型试验及流激振动计算分析成果的基础上，结合导墙的断面设计，总结了作用在导墙壁脉动压力的规律及其在动水荷载作用下的导墙结构设计主要成果。     

流激振动系统的神经网络辨识和预报

本文根据人工神经网络的系统辨识理论，充分发挥神经网络的强大学习功能和记忆联想功能，建立了动态系统的计算机仿真模型，对非线性动态系统和水工结构振动系统进行计算机仿真，仿真结果与理论计算值具有良好的一致性；建立流激振动系统的智能分析和预报模型，辨识高拱坝泄流激振等效荷载谱，预报乌江渡导墙结构在高速水流作用下的振动响应，取得了较为满意的结果。这项研究充分说明了人工神经网络技术在土木水利工程领域的应用价值和深远意义     

基于支持向量机和模态参数识别的导墙结构损伤诊断研究

水电站厂坝问溢洪道泄槽的导墙结构长期处于水流交变荷载作用,容易造成结构损伤.为对导墙结构的损伤进行有效的定位和评估,本文首先提出一种基于流激振动响应的结构模态参数的遗传识别方法,通过该方法对导墙结构的模态参数进行了识别;然后将有限元计算和支持向量机技术相结合,进行导墙结构的损伤定位和损伤程度评估.结果表明:基于遗传算法的结构模态参数识别方法能够较准确的识别出结构的模态参数,并确定损伤的部位.其结构损伤程度则可通过结构振动频率平方值的变化来评估.     

三峡永久船闸输水反向弧形阀门流激振动问题研究

本文采用原型观测、模拟试验和理论分析等手段,对三峡永久船闸高水头输水反向弧形阀门的流激振动问题进行深入研究。研究内容包括:(1)以五强溪船闸反向弧形阀的原型观测为基础,对三峡船闸反向弧形阀及输水廊道紊流场进行精细的数值模拟和试验研究,通过综合分析,对三峡反向弧形阀门可能出现的小开度强振区的振源进行预报。(2)研究符合金属结构水弹性相似的高容重、低弹模的特殊材料系列,并用该材料制成了1∶20三峡反向弧形阀的"完全水弹性相似"的流激振动模型;用该模型进行了实验(干)模态分析,并与有限元的理论模态分析相比较,二者符合较好,说明它的动力性能良好,可用于反向弧形阀门的各项水弹性振动问题研究;在大型减压箱中对三峡永久船闸反向弧形阀在输水过程中的紊流流激振动进行模拟,预报阀门结构的动力特性及动力响应。最后对减振、抗振措施提出相应建议。     

巴基斯坦高摩赞大坝枢纽工程溢洪道导墙水流激振分析探讨

在高坝设计中,溢洪道泄流时,水流脉动压力对导墙的冲击形成水流激振,危及到工程的安全运行。从巴基斯坦高摩赞大坝枢纽工程实际出发,结合模型试验,探讨导墙和坝体之间产生流激振的可能性,为其它工程导墙设计提供参考。     

低水头大流量溢流坝系统水激振动研究

本文以飞来峡溢流坝系统（包括闸墩、胸墙、导墙结构）泄洪振动问题为背景，采用水力学和结构动力学相似条件同时满足的“二合一”模型－重橡胶水弹性模型，较现代的方法进行模态和过水激振测试和分析，并与计算机数值计算结果进行了对比研究。本研究不权对解决大功率、低弗氏数、高淹没度的泄水结构系统水流诱发振动问题具有现实意义，同时对于高速水流诱发各种水工结构的振动研究也提供了一个较完善的方法。     

水电站厂房三面墙体式安装间段的自振特性及地震反应特点

在厂房端部的厂房安装间段,由上、下游墙体和端部山墙组成槽形平面,顺河方向轴不对称,地震作用下会发生显著的扭转振动。其自振特性及地震反应特点与仅有上、下游墙体的中间厂房段明显不同。以某待建水电站厂房设计方案为例,探讨由三面墙体支撑的网架屋盖体系的水电厂房结构的自振特性及地震反应特点,建立了有限元计算模型,对三面墙体结构的自振特性及动态分布系数进行了全面的分析;同时通过时程分析法进行了验证。结果表明,上、下游墙体的动态分布系数在横河方向分布不均匀,顶部远离山墙的一侧有明显的鞭梢效应。     

侧向引水工程导流墙体型对取水口防沙效果影响

多沙河流取水口泥沙淤积问题一直困扰着引水枢纽工程的安全运行。以我国西北地区某火电厂引水工程为例,针对导流墙体型参数对取水口前冲沙效果的影响,进行了水工实体模型试验研究。试验研究过程中采用了潜没式、露顶式以及复合式3种不同型式的导流墙,观测了不同型式导流墙在多种流量下的冲沙效果,在理论分析的基础上,提出了关于取水口防沙方面的导流墙体型选择建议。     

Prototype observation and influencing factors of environmental vibration induced by flood discharge

Due to a wide range of field vibration problems caused by flood discharge at the Xiangjiaba Hydropower Station, vibration characteristics and influencing factors were investigated based on prototype observation. The results indicate that field vibrations caused by flood discharge have distinctive characteristics of constancy, low frequency, small amplitude, and randomness with impact, which significantly differ from the common high-frequency vibration characteristics. Field vibrations have a main frequency of about 0.5–3.0 Hz and the characteristics of long propagation distance and large-scale impact. The vibration of a stilling basin slab runs mainly in the vertical direction. The vibration response of the guide wall perpendicular to the flow is significantly stronger than it is in other directions and decreases linearly downstream along the guide wall. The vibration response of the underground turbine floor is mainly caused by the load of unit operation. Urban environmental vibration has particular distribution characteristics and change patterns, and is greatly affected by discharge, scheduling modes, and geological conditions. Along with the increase of the height of residential buildings, vibration responses show a significant amplification effect. The horizontal and vertical vibrations of the 7th floor are, respectively, about 6 times and 1.5 times stronger than the corresponding vibrations of the 1st floor. The vibration of a large-scale chemical plant presents the combined action of flood discharge and working machines. Meanwhile, it is very difficult to reduce the low-frequency environmental vibrations. Optimization of the discharge scheduling mode is one of the effective measures of reducing the flow impact loads at present. Choosing reasonable dam sites is crucial.     

我国闸坝类泄流结构脉动压力谱密度特征研究综述

随着高水头、大流量泄流结构的兴建,高速泄洪水流产生的脉动荷载对泄流结构的安全影响巨大,特别是高速泄流诱发泄流结构振动问题尤为突出。在前人研究的基础上对我国闸坝等泄流结构上的脉动荷载谱密度特征进行了分析总结,总体上,脉动压力荷载的谱密度基本类型主要分为4种,其与水流的流态和泄流结构型式存在对应关系,闸坝泄流结构的脉动压力谱密度均属于4种基本类型中的一种或某几种的组合。从分析总结作用于导墙、闸门、闸墩上的脉动压力谱密度来看,其均属于窄带噪声谱。文章可供类似泄洪建筑物脉动压力研究参考。     

PIV EXPERIMENTAL RESEARCH OF FLOW STRUCTURE IN RECTANGULAR CHANNEL WITH TRANSVERSELY PLACED SPIRAL COIL INSERT

The flow field in a rectangular channel with a transversely placed spiral coil insert is investigated by Particle Image Velocimetry (PIV) measurements in both transverse and longitudinal sections. The experimental results show that multi-longitudinal vortices are induced downstream of the spiral coil and are distributed as a symmetrical vortex array along the horizontal central line of the transverse section. Along the mainstream, due to the spiral motion of the longitudinal vortices, the velocity fluctuates in a manner of the damped sinusoidal curve and the velocity component in the wall normal direction is improved in the channel. Compared with the flow field in a smooth channel it is found that the movement of the longitudinal vortices can cause a continuous disturbance near the channel walls and thus enhances the fluid velocity in the near wall region, which consequently leads to the reduction of the velocity gradient and a more uniform velocity distribution. With the increase of the Reynolds number, the induced longitudinal vortices gain strength and become straighter and closer to the channel walls, thus the turbulence intensity is further enhanced in this area.     

高坝泄流诱发坝区及场地振动的振源分析研究

以某水电站泄洪诱发坝区及周边场地振动为背景,采用了水力学模型试验、数值模拟计算与水弹性模型试验相结合的技术路线,建立了有限元模型。根据不同荷载振源对模型分别加载计算,依据能量准则判别不同振源对坝区振动的贡献比例,同时建立水弹性模型,测得不同工况下的加速度响应值与模型计算结果进行对比分析。结果表明,孔口处高低坎脉动荷载是诱发坝体地基以及场地振动的首要振源,导墙和底板荷载是第二主振源,通过调节泄流方式和加固底板导墙可以从振动源头上进行控制。     

竖缝式鱼道结构及水力特性研究

随着越来越多大坝堤堰的修建,鱼类的洄游和繁殖受到了严重的影响。为了保持鱼类的生存繁衍,许多水利枢纽工程中都建有鱼道。研究利用fluent软件模拟了竖缝式鱼道的流场,并用模型试验对数值模拟进行了验证,分析了竖缝式鱼道导板的长度及导角大小对鱼道内流场的影响。研究结果表明:在鱼道流量及水池长宽比一定的情况下,若不考虑边壁的阻碍作用,导角越大,竖缝射流的衰减速度越快,主流轨迹的弯曲程度也越大,也越容易冲撞到边壁;导板的长度基本上对主流的扩散及衰减没有影响,但能通过改变主流在鱼道内的位置来改变边壁对流态影响程度。     

防渗墙施工钢结构导梁和入岩深度判别新工法

在水利工程防渗墙施工过程中,为准确定位防渗墙轴线,需要在施工前先筑定位用的导墙;为使防渗墙墙底伸入到设计要求的岩层和深度,需要打先导孔判别墙底达到的岩层及进入岩层的深度。针对这2道工序提出2项新的施工方法:一是利用钢结构导梁代替钢筋混凝土导墙发挥防渗墙轴线定位的作用;二是利用液压抓斗上压力表显示的抓斗抓力结合地勘资料判断墙底达到的岩层以及所达到的深度。多项工程实践证明,这2项新工法节能环保,具有良好的经济效益,同时还可节约工期,加快施工速度。