锦屏一级水电站深孔闸门流激振动水弹性模型

锦屏一级水电站挡水建筑物为305 m高的双曲拱坝,由坝身表孔、深孔和泄洪洞承担泄洪,深孔工作闸门为弧形闸门,出口尺寸为5 m×6 m(宽×高),操作水头91 m,闸门流激振动问题是设计极为关注的问题.为保证闸门泄洪安全,开展了闸门流激振动全水弹性模型仿真试验研究,并辅以三维有限元动力和静力计算,综合评估闸门的流激振动安全性.模型比尺Lr=20,用水弹性材料制作水弹性模型,试验模态分析得到的动力特性与计算值吻合.振动试验表明,该闸门在运行中未发生水力共振现象,闸门的动、静应力在安全范围内,可以安全运行.     

三峡大坝导流底孔闸门流激振动水弹性模型试验研究

 为了解决三峡大坝导流底孔弧形闸门的流激振动问题,采用完全水弹性相似模型研究了闸门的流激振动。介绍了闸门振动水弹性相似原理、水弹性相似材料的性质、闸门水弹模型模态分析及模型振动试验结果。试验结果表明:闸门在无侧止水或侧止水损坏情况下淹没出流时，将产生强烈的自激振动;闸门两侧缝被封堵以后，在同样的淹没出流情况下，只产生轻微振动;闸门产生强烈振动的主要原因是闸门侧缝射流和下游紊动水流汇合后在门侧形成了自激振荡系统的结果;消除侧缝射流，就可以避免强烈的自激振动。     

三峡电站排沙底孔工作闸门设计

三峡水电站设有７ 个排沙底孔，孔道是在高流速、高含沙水流状态下运行，闸门的操作方式为动水启闭。因此给闸门的设计提出了较高的要求。设计时，结合工作闸门的实际工况，经过反复试验研究，门槽的型式选定为带有错距的标准ＩＩ 型门槽。水工模型试验证明，在闸门全开时，门槽周边区域压力分布正常，无负压出现。门槽水流空化数为１ ．７３ ～２ ．５６ ，相应抗空蚀的安全系数≥３ ．０ 。设计中，对门槽、闸门的材料选择、加工精度均提出要求     

上翻式平面钢闸门水弹性振动试验研究

以广州市蕉东闸桥工程为背景,研究大跨度通航孔上翻式平面工作闸门流激振动问题。主要研究闸门结构的动态特性,论证闸门的流激振动状况,考查闸门在引水和不同排水的不同运行工况和水位条件下,水动力荷载作用情况,提出确保闸门安全运行的操作规程。     

流激闸门振动及动态优化设计

本文分析了作用于闸门结构的水动力荷载特性，指出了闸门振动的类型和性质，强调了特殊水动力荷载包括空穴水流对闸门振动的危害；阐述了改善水流边界条件，增加适当附加措施等减免水动力荷载的途径；对讨论了结构动态优化方法对避开水流高能区，抑制结构振动的效果，最后还探讨了弧门结构的动力稳定性问题。     

高拱坝泄洪振动水弹性模型研究

 以构皮滩双曲拱坝为对象,采用水弹性模型研究坝身集中泄洪、水垫塘消能所诱发的坝体振动及其影响。采用加重橡胶材料,建立了1/150的水力学和结构动力学协调相似的水弹性模型,完善了对库水、地基、坝体、水流脉动荷载相互作用的模拟。试验中采用了先进的测试手段和数据分析处理软件包,对该模型的模态和多种泄洪工况下坝体的振动响应和脉动压力进行了系统的测试和分析,并对泄洪诱发的坝体振动影响作出了评估。     

闸门流激振动水弹性模型材料研制及其应用

 根据水弹性相似律对模型材料的要求，通过采用复合材料加填增重剂和改变模型材料的配方及生产工艺，研制出一种水弹性模型材料。使其密度和弹性模量均满足不同几何比尺模型的要求。当几何比尺为20时，其动弹性模量为11 720.4MPa，密度为7.37g/cm3几何比尺为13.37时，其动弹性模量为16 822.0MPa，密度为7.39g/cm3。在无侧止水条件下，对用研制的材料制作的三峡深孔孤形闸门模型，进行了流激振动试验。通过测定闸门在运行过程中的振动加速度、支臂的动应力和门页上的水流脉动压力，分析评估了闸门的振动特性。     

闸门流激振动全水弹性模型试验的原型验证

由于弹性结构与其周围流场存在着复杂的相互作用,单纯数值方法还不能正确预报这种水弹性振动,因此,水弹性模型试验已成为预报流场中结构原型行为的唯一方法.在对水弹性振动模型相似准则和研制的闸门水弹性振动模型材料性质简要介绍的基础上,对三峡大坝导流底孔弧形闸门全水弹性模型振动试验成果和其原型振动观测成果作了多方面对比分析.结果表明:全水弹性模型试验预报的原型闸门的动力特性、振动加速度、结构动静应力与原型闸门在相近条件下的实测成果颇为一致,从而验证了闸门全水弹性模型对原型闸门流激振动行为预报的可靠性.     

三峡导流底孔弧形闸门泄洪振动与控制研究

 从优化闸门结构形式入手，进一步研究了闸门的减振措施。对闸门优化方案的1/20全水弹性模型进行了流激振动试验，检验优化方案的减振效果，并评估了其方案对闸门动力特性的影响。试验结果表明，闸门的优化方案使减振效果十分显著，可供其他类似的潜孔式闸门借鉴。     

高拱坝泄洪振动水弹性模型

以小湾工程为背景，通过水弹性模型实验，判断高拱坝泄洪所引起的振动和影响，采用自己研制的物理和力学性能优良的加重橡胶材料，在计算机的辅助下，建成了１：１５０比尺的水弹性实物模型，完善了对库水－地基－坝体－脉动荷载相互作用的模拟；采用先进的测试手段和分析软件包，对该模型的模态和多种工况泄水响应进行了全面的测试与分析，并采用计算机数值模拟与实验成果相结合的方法对坝身泄洪振动进行了结构动力分析及反分析和反     

三峡船闸末级泄水阀门振动水弹性模型研究

 三峡船闸末级泄水阀门下接1 350 m涵管,用全水弹性模型对其振动问题开展了试验研究,采用模态分析方法确定了阀门结构的自振频率和振型,在流激振动试验中模拟了阀门正常运行工况和多种事故关门工况,测量了阀门振动加速度、脉动压力、吊杆应力。研究结果表明：在2 min匀速开门或匀速关门正常工况,阀门振动加速度均方根值一般小于5.0cm/s2,仅在小于0.1开度时达到25.37cm/s2;双边4 min事故关门中阀门振动加速度均方根值达22.57 cm/s2;单边事故关门,阀门振动比双边事故关门时的值大1倍左右,关门速度越快,振动越大。由于设计的动水关门速度较慢和检修门井的调压作用,阀门在试验条件下事故关门未发生有害水击现象,与同类阀门比较,该阀门的振动不会危害其安全运行。     

导墙结构的流激振动研究

以三峡水利枢纽溢流坝段与厂房坝段之间的导墙流激振动问题为背景，总结了导墙结构的脉动压力的幅频特征，计算分析了其流激振动响应，并与水弹性模型试验成果进行比较，探讨了三峡导墙流激振动的主振源，最后对导墙结构特征与流激振动安全性的关系进行了讨论，结果对类似工程有参考价值.     

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。     

乌东德水电站水工闸门动力安全评价

乌东德水电站泄洪洞工作闸门为弧型闸门,具有孔口尺寸大、水头高、流速大、局部开启运行的特点,研究闸门在流激振动下的动力特性具有重要意义。运用数值模型和物理模型相结合的方法进行了仿真模拟和试验研究,综合评估了闸门的流激振动安全性。结果表明：两种模型得到的7阶以内闸门自振频率较为接近,且振型相同,相互验证了彼此的可靠性;物理模型试验应力结果与数值计算结果较为接近,闸门支臂和横梁等主要构件的动静叠加应力不超过157 MPa,闸门下支臂与支铰连接部位腹板处测点应力较大,但未超过局部承压容许应力值。     

流激闸门振动及动态优化设计

本文分析了作用于闸门结构的水动力荷载特性，指出了闸门振动的类型和性质，强调了特殊水动力荷载包括空穴水流对闸门振动的危害；阐述了改善水流边界条件，增加适当附加措施等减免水动力荷载的途径；讨论了结构动态优化方法对避开水流高能区，抑制结构振动的效果。最后还探讨了弧门结构的动力稳定性问题。