考虑淹没出流的弧形闸门结构动特性分析

弧形钢闸门开启泄流过程中时常存在严重的振动问题,有必要研究此过程中水流诱发的振动机理,避免闸门剧烈振动。结合实际工程中某胸墙式弧形钢闸门,考虑上下游水位工况,应用ANSYS FLORTRAN多场耦合分析平台,采用SOLID187实体单元模拟面板,建立多种开度下的水体-弧门耦合模型。对该模型进行瞬态求解,研究了闸下淹没出流及考虑水体-弧门耦合作用时动水压力作用下弧形闸门的结构响应特性。结果表明:在0.05～0.20开度区间,面板中心节点振动比较剧烈,且主要构件的较大位移区域和较大应力区域主要分布在构件的上半部分;在某一瞬时(t=0.92 s),各主要构件较大位移和较大应力的分布区域随开度的递增呈现自上而下移动的变化规律;不同开度下各主要构件水流方向的位移最大,竖直方向的位移次之,侧向位移最小;主要构件中面板、主横梁和纵梁位移相对较大,支臂位移最小;面板在0.20开度下应力达到最大值,主横梁和支臂折算应力在0.75开度下达到最大值。     

偏心铰弧形闸门的流激振动

结合小浪底工程排沙洞偏心铰工作弧形闸门，在模型中首次模拟偏心铰产生的特殊水动力荷载。通过实验模态分析与数值模拟相结合的综合法研究结构的动特性，建立并完善了数学模型。应用ＣＡＤＡ及有限元动力修改进行了结构动态优化设计。经水弹性相似试验及计算机仿真计算表明，优化设计方案的结构布置合理、抗振性能增强，证实了高水头偏心铰弧形闸门具有局部开启运行的可能性。     

弧形闸门泄流特性分析

通过对《水力计算手册》、《溢洪道设计规范》、《水闸设计规范》、水力学中弧形闸门泄流水力计算公式的对比运用,结合水工模型试验,提出闸孔出流计算公式中流量系数的修正以及应注意的问题。     

偏心铰弧形闸门的流激振动

结合小浪底工程排沙洞偏心铰工作弧形闸门，在模型中首次模拟偏心铰产生的特殊水动力荷载。通过实验模态分析与数值模拟相结合的综合法研究结构的动特性，建立并完善了数学模型。应用ＣＡＤＡ及有限元动力修改进行了结构动态优化设计。经水弹性相似试验及计算机仿真计算表明，优化设计方案的结构布置合理、抗振性能增强，证实了高水头偏心铰弧形闸门具有局开启运行的可能性。     

弧形闸门动水浮运安装

利用弧形闸门本身的结构特点，并采取一定的技术措施，实现在溢流坝滚水情况下闸门的浮运安装，对保证工程质量，加快施工进度，节约工程造价具有很大的作用。弧形闸门动水浮运安装要解决的主要问题是它必须具有一定的排水量，并大于其自重，同时，在浮运吊装过程中保持稳定，不被水流冲走。衡东县甘溪、荣桓两电站采用此法均取得了明显的经济效益。     

考虑闸墩弹性效应的弧形闸门流激振动数模-物模联合预测与安全分析

通过试验和数模对闸门流激振动响应仿真模拟是研究闸门振动的一种有效方法。以某水电站泄洪底孔弧形闸门为具体研究对象,根据模型试验要求设计了水力学和水弹性模型,进行了支铰力荷载量测和流激振动响应试验,分析了泄流条件和闸门、闸墩振动的关系,同时将试验所得荷载分别施加于闸门—闸墩耦合数值模型和将闸墩处理成刚性约束的数值模型进行动力响应计算。通过对比分析,认为闸墩振动对闸门动应力和垂向动位移影响较小,但对闸门水平向和侧向动位移影响较大。最后结合数模和物模对闸门振动进行了安全分析。     

深孔弧形闸门静动力特性及流激振动

弧形闸门由于其启门力小、无门槽及运行操作方便等优点,在水工建筑物中得到广泛应用,但不少闸门由于结构设计、布置或运行操作不合理等原因,在运行中会发生强烈振动甚至结构破坏,影响闸门结构的运行安全,特别是高水头、有局部开启控泄要求的大跨度弧形闸门。通过水力学试验、三维有限元静动力分析和流激振动试验,系统研究了深孔弧形闸门的水力学特性、静动力特性、流激振动特性,揭示了闸门结构的流激振动共振现象,并针对分析过程中出现的应力、变形过大问题,提出了加强闸门结构强度和刚度的优化措施,确保其安全平稳运行。     

水工弧形闸门试验模态分析

试验模态分析技术在水工结构中的应用,弥补了有限元计算中采用一系列假设和边界条件与实际情况不符的不足,为解决工程问题提供了有力的手段,简述了试验模态分析技术的原理,试验方法,并对一正在运行的闸门进行了模态分析,分析表明,弧形闸门的模态参数不仅受自身材料特性的控制,同时还受到试验工况的影响;当闸门处于不利开度时,会产生中等程度的振动。另外,在振动中还存在着一定程度的复模态因素。     

水工闸门锈蚀后动力性能研究

以钢闸门为研究对象,考虑了流固耦合对锈蚀闸门动力性能的影响。通过有限元分析,选取闸门振型中对结构振动影响较大的低阶频率范围内振动的构件,对其进行不同程度的锈蚀模拟,从而得出闸门锈蚀后动力性能的变化规律并找出影响闸门自振频率变化显著的构件局部位置。通过分析锈蚀闸门构件对结构整体动力性能的影响,得出影响损伤闸门自振频率的因素,具体包括,损伤面的锈蚀程度、锈蚀面积的大小及锈蚀的位置等。为此,在实际检测中应重点对本文得出的影响闸门动力性能的局部构件即易造成闸门损害的部位做出评估判定。     

弧形闸门前旋涡临界淹没水深研究

该文以某弧形闸门控制的泄洪闸为研究对象,采用比尺为1:20的水工模型试验,对弧形闸门前的旋涡特性及其临界淹没水深进行了研究。试验观测发现,弧形闸门局部开启时,闸门前旋涡总是成对出现的,且环量方向相反。实测吸气旋涡的临界淹没水深数据表明,其不仅与弗劳德数有关,还与进水口的宽高比以及来流收缩比有关。最后该文通过理论分析和数据拟合的方法,建立了避免弧形闸门前形成吸气旋涡的临界淹没水深公式,该公式同时考虑了弗劳德数、闸门开度和来流环量的影响。     

草街航电枢纽工程冲沙闸弧形工作闸门设计

草街航电枢纽工程冲沙闸工作闸门属于超大型表孔弧形闸门,闸门操作工况复杂,在校核洪水位泄流闸门全开时,闸门底缘仍处于水面以下14.18m。介绍了该弧形闸门的总体布置、结构设计形式、启闭机选型等主要技术问题,进行了闸门结构的流激振动模型试验研究,验证了设计的合理性。     

大型弧形钢闸门流激振动数值计算

为研究大型弧形钢闸门在脉动压力作用下的动力特性及安全问题,采用附加质量法计算闸门的自振特性,对试验测得的脉动压力进行频谱分析得到其优势频率;采用随机振动的方法,将脉动压力转化为节点荷载施加在闸门数值模型上,得到闸门的动力响应。以贵州平寨水利枢纽为例进行计算,研究结果表明,在水体的作用下闸门的自振频率减小,随着开度的增加,闸门的自振频率呈增大的趋势。闸门1阶振型频率在1.1 Hz左右,脉动水流的优势频率最大0.15 Hz,二者相差较大。闸门最大动位移3.61 mm,发生在正常蓄水位543.00 m开度50%工况下,而在20%和50%开度下闸门动应力较大,最大动应力为43.56 MPa,发生在543.00 m开度50%工况。因此,闸门发生共振的可能性不大,闸门在动水作用下较为安全,但需注意闸门在20%和50%开度下的振动情况,避免在此开度下长时间停留。     

大跨度弧形闸门的自振特性研究

以某水利工程弧形闸门的动力学问题为背景,考虑流固耦合效应对闸门结构自振特性的影响,应用ANSYS软件对大跨度弧形闸门的自振特性进行了计算,结果为最终设计方案的选定提供了技术依据,对同类闸门结构的设计计算也有参考意义。     

弧门自重估算公式研究

为研究出能够准确估算弧形闸门重量的估算公式,在使用偏差20%的闸门百分数衡量闸门自重估算公式精度的基础上,同时考虑了估算结果与闸门实际自重相差较大的区域,提出了偏差50%的闸门百分数的评判公式精度的标准。估算弧形闸门重量的公式采用G=α(PB)β,结合三本《水工闸门技术特性手册》中的514扇弧形钢闸门数据进行回归分析,利用所得公式计算闸门的理论自重,并根据数理统计理论将理论自重与其实际自重进行比较,去除设计不合理的闸门数据后再次回归分析,求出了α与β的具体数值。研究得到的弧形闸门自重估算公式具有较高精度,可作为评判弧形闸门设计是否合理的依据。