大跨度上翻式拱形钢闸门振动特性及抗振优化

针对大跨度上翻式拱形钢闸门的水力结构特点,研制了闸门水弹性振动模型,通过水动力荷载特性、结构动力特性和流激振动特性等系统试验研究,反演了闸门结构的共振现象,取得不同工况下作用于门体的水流脉动压力荷载和闸门振动加速度、动位移及动应力等动力响应参数的数字特征和谱特征。针对存在问题,对闸门结构的底缘体型进行了修改,取得了良好的抗振优化效果。     

中山河翻板闸门流激振动试验及优化设计

底轴驱动式翻板闸门结构的泄水方式系门顶溢流,射流下方形成的密闭空腔常常造成不稳定振荡源,从而诱发闸门结构强烈振动,对结构安全运行造成严重威胁。通过水弹性振动模型试验研究了底轴驱动式翻板门的水力特性和闸门结构的流激振动特性,观测了闸门运行过程中的水流流态,取得了作用于闸门结构的水流脉动压力,给出了闸门结构的流激振动加速度、位移及应力等动力响应参数,通过随机数据分析获得了各种动力参数的谱特征和安全性评价数据。在此基础上,对影响翻板门运行安全稳定的射流空腔通气问题进行系统试验研究,提出了门顶设置破水器的优化布置方案和闸墩两侧设置通气孔的补气措施,避免了不稳定负压空腔可能产生的压力振荡。     

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。     

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。     

大跨度对拉式浮体闸门流激振动特性研究——以南水北调中线一期引江济汉工程对拉式闸门为例

为研究大型对拉式水工钢闸门的静动力特性及流激振动响应特性,以南水北调中线一期引江济汉工程拾桥河枢纽为依托,采用三维有限元方法对闸门结构进行静动力分析,并通过水弹性物理模型试验监测成果,验证结构分析的合理性以及闸门在不同运行工况下的振动特性,获得了作用于闸门结构的水流脉动压力荷载,取得了闸门结构在流固耦合条件下的固有振动模态参数,揭示了闸门结构在不同运行工况下的振动加速度、动位移及动应力响应特性。研究成果对工程今后的调度运行以及同类型工程建设具有参考意义。     

防射水式门楣对潜孔事故闸门闭门特性影响研究

为降低大型水电站泄洪中孔（或底孔）事故闸门闭门过程中的门体振动,减小门槽及门槽附近区域的脉动压力强度,改善中孔流道流态,以乌东德水电站5号泄洪中孔作为研究对象,建立1〖DK(〗∶〖DK)〗25水工试验模型,研究了事故闸门动水关闭过程中中孔内水流流态、沿程压力及闸门压力等特性,分析了设置通气管、设置防射水式门楣以及常规门楣加高3种方案对闸门闭门动力特性的影响。结果表明：增设防射水式门楣结构可以有效阻断高速水流冲击门体,降低闸门振动,改善中孔流道及闸门受力条件,确保闸门安全、可靠完成动水闭门。相关经验可供类似工程借鉴。     

弧形闸门流激振动功率谱设计及时域反演

针对现有弧形闸门流激振动功率谱设计欠缺,影响弧门动力分析及进一步减振控制的问题,在水流特性和实测脉动压力分析基础上利用优化思想和信号处理技术,以现有实测水头与动水压力对应关系及所选自回归滑动平均模型(ARMA)参数取值范围为约束条件,建立了符合实测荷载要求的功率谱模型和时域脉动荷载反演方法。通过与现有设计方法进行对比,验证了方法的有效性,结合工程实例给出了相应设计功率谱和随机脉动压力时程曲线。     

大型平面有轨对拉式弧形闸门流激振动特性及抗振措施

根据大型平面有轨对拉式弧形闸门的运行特点,测量了闸门结构的水动力作用荷载,分析了结构的动力特性,取得了闸门结构流固耦合状态下的固有频率和振型等模态参数;在此基础上,采用水弹性相似模型,对闸门结构的流激振动特性进行了系统研究,获得了原设计闸门结构平稳运行和出现强烈振动的响应特征.通过分析振源,对闸门结构提出了修改优化措施,并进行了试验验证.结果表明,优化方案能显著降低闸门的振动量,取得理想的优化效果.     

上翻式拱形闸门的流激振动控制及原型观测验证

通过物理模型和数值模型相结合的方法,系统研究了大跨度上翻式拱形闸门水动力荷载、结构动力特性和流激振动特性,揭示了闸门结构的流激振动强烈共振现象及成因。针对存在的强烈振动的问题,通过减小闸门底缘下游倾斜面水平面投影面积、缩减闸门底部小横梁尺寸等方式来进行结构优化。优化后的工程现场原型观测结果显示,推荐布置方案有效控制了闸门的有害振动,运行平稳,安全可靠,验证了物理模型试验成果的正确性。     

大宽高比弧形钢闸门流激振动数值分析

针对大宽高比弧形钢闸门在水流脉动作用下的动力特性问题,以某节制闸弧形钢闸门为例,建立闸门有限元模型,分析流固耦合、支臂厚度对闸门振动特性的影响。基于随机振动法得到闸门在脉动水流作用下的流激振动位移与应力响应,并利用动力系数法对闸门动力响应做出评价。结果表明:闸门基阶振动受水体影响较小,低阶振动受支臂影响较大;闸门典型工况下的流激振动位移响应最大值为4. 029mm,动应力最大值为61. 247MPa,动力系数均低于1. 20,总体动应力水平较低,在动水作用下可安全运行。     

高水平头板闸门水力特性研究

结合三峡电站排沙底孔工作平板闸门进行了高水头闸门水力特性试验研究。内容包括在开心启过程中，闸门底缘后洲涡水流剪切空化引起的闸门空蚀、振动及通气减蚀措施；闸门总体及最佳体型；闸门位置及底缘合理形式；加折流器衣闸室区水流脉动特性。提出了防止门空蚀及振动的具体措施，为高水头闸门结构设计提供科学依据。     

溪洛渡水电站泄洪洞事故闸门动水下门试验研究

溪洛渡水电站泄洪洞具有泄量大、流速高等特点,事故闸门动水下门过程中的水力学特性以及门体结构的动力性能直接关系到泄洪洞运行的技术可行性和安全可靠性。通过模型试验研究了事故闸门关闭过程中泄洪洞内的水流流态、门体的水动力荷载特性以及门槽段动水压力特性、通气孔风速,并根据试验结果分析了该闸门动水下门过程中的可靠性,通气孔风速特性和门槽段压力特性。     

大跨度浮体门动力稳定及流激振动试验研究

随着我国水闸工程的不断兴建,超大尺寸的泄水闸不断涌现。巨型浮体门也开始应用于超大跨度闸孔的挡泄水运行。由于该型闸门采用浮箱单侧立轴平面旋转型门型,其运行特征与常规直升式或上翻式弧形闸门不同,且需在动水中启闭运行,存在水动力作用和水位雍高等带来的门体振荡、动力稳定等一系列技术难点,因此通过特制的 1∶25水弹性振动模型考查不同下泄流量及不同启闭速度下浮体门的振动和稳定性特征。通过闸门结构的水力结构特征试验,系统进行闸门启闭运行的稳定性和安全性研究,获得大闸孔闸门结构在特定条件下的振动加速度、振动位移、刚体晃动量以及闸门支铰力、支铰立轴动态位移等动力参数。揭示浮体门闭门过程中动水流速和自动闭门关系,提出避免出现闸墩碰撞,启闭门钢丝绳全程受力控制等措施。获得了需要严格控制闸孔下泄水流流速流量、降低闸门启闭速度,确保浮体门运行安全性的基本结论。该项研究成果为类似大型泄（挡）水闸工程设计建设提供了参考依据。     

三河口水利枢纽泄洪放空底孔事故闸门水力学及流激振动试验研究

本文针对三河口水利枢纽泄洪放空底孔事故闸门动水关闭过程门体的水力学及流激振动问题,按重力相似准则和水弹性相似准则研制了比尺为1∶20事故闸门的水力相似模型和完全水弹性相似模型。通过模型试验,研究了事故闸门动水闭门过程中门体水力荷载和流激振动响应特性。研究结果表明:闸门上游底缘倾角由47°增大为57°时,上游底缘的最小压强由-98. 0 kPa增大为271. 8kPa,有利于防止闸门底缘附近发生水流空化及减小闸门闭门力。研制的事故闸门水弹性模型试验模态结果与数值计算结果吻合较好。该事故闸门水弹性相似模型能够更直接的测量分析闸门的流激振动响应特性,为闸门的设计和运行提供技术支持,并可为类似工程事故闸门的结构优化设计及运行提供参考。     

水工弧形空腔闸门动力特性数值分析

大尺寸弧形钢闸门振动剧烈时可能会引起动力失稳破坏。为了解新型翻转式弧形空腔闸门的动力特性,通过Fortran语言自编用户子程序,利用商业有限元软件ABAQUS二次开发功能将模型试验测定离散的水流脉动压力数据转化为作用在闸门上的水动力荷载,基于随机振动分析方法对该空腔闸门进行结构动力数值仿真:①对不同工况下的闸门自振特性进行计算,得到闸门的自振频率和振型;②根据频谱分析理论,对水流脉动压力时域曲线进行了频谱分析;③计算了不同工况下闸门的随机振动响应;④编写了位移、应力最值处理程序。计算结果表明:闸门结构局部应力较大,超出结构容许应力,需对闸门结构进行修改优化,否则结构局部强度不满足要求。     

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．     

黄河柳园口渠首涵闸闸门振动问题研究

针对黄河柳园口渠首涵闸闸门启闭时出现强烈振动的情况，重点对启门、闭门过程中启闭杆受力的变化特点及门后水压力的脉动变化规律进行了观测、分析。结论认为：门后水流的脉动变化及闸门重量正好在振动危险区是闸门振动的主要原因。建议在今后新建或改建水闸时，应注意调整门后水流流态，减小闸门传力结构各部分的间隙，避免门体结构的固有频率与水流的脉动频率同步，以达到防振或减振的目的。     

弧形闸门流激振动的物模-数模预报

介绍了弧形闸门流激振动的物模一数模预报方法,即用重力相似的水力模型测定与有限元计算相应的各面板单元上的脉动压力,再用有限元动力计算确定结构响应;应用复变函数理论确定了弧门径向运动时的水体附加质量分布,给出了相应的经验表达式;用物模一数模方法预报了作用在石佛寺水库弧形闸门上的面脉动压力及弧门振动特性。     

水轮机压力脉动诱发厂房振动分析

对于巨型水轮机压力脉动诱发的厂房结构振动，研究了模型水轮机压力脉动的时域和频率特征以及原型与模型问的相似关系；利用动力时程分析法计算了结构在水力激励下的振动反应，分析探讨了压力脉动不同分布特性对振动强度的影响，进行了压力脉动幅值的敏感性分析；最后，借鉴国内外相关振动规程，对厂房振动加以评价。     

三峡电站排沙底孔闸门振动水弹性模型研究

采用比尺为13.37的全水弹性模型,研究了三峡电站排沙底孔垂直提升闸门的动力特性、脉动压力和流激振动特性,并对不同上下游水位和门后通气与否对闸门振动的影响作了对比研究,同时还探讨了止水对闸门振动的影响.研究结果表明:闸门不会发生水力共振;通气时闸门上的脉动压力比不通气时小,频谱改变;在上游水位150.0 m、下游水位67.5 m条件下,门后通气可显著减小闸门振动,在其它水位条件下,由于门后水跃对闸门的冲击,门后通气反而加剧闸门振动.