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.     

翻板闸门流激振动模型试验及优化设计

以福鼎城区南湾防洪排涝工程C3标金属结构设备及安装工程为背景，针对其水闸翻板闸门运行过程中存在的流激振动问题，建立起闸门水工模型及弹性相似模型，采用水力学试验展开闸门脉动压力特性分析，并通过试验模态分析和空间有限元模拟技术对闸门结构动特性及自振特性等展开研究；最后提出提升翻板闸门基频及整体刚度、控制流激振动响应的优化策略，并对闸门抗振安全展开评价，可为水工翻板闸门优化设计及安全稳定运行提供借鉴参考。     

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。     

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.     

水工闸门流激振动研究进展

从水动力荷载与闸门振动特性的关系、水动力荷载作用特点及其控制方法、闸门减振优化设计方法、弧形闸门支臂动力稳定性分析、闸门水弹性振动模拟方法以及闸门流激振动仿真分析等方面,对水工闸门流激振动的研究进行了回顾.并对进一步做好水工闸门的振动研究工作提出了建议.     

丰满重建工程泄洪兼导流洞弧门流激振动原型观测成果研究

弧形闸门是水工建筑物中运用最广的门型之一,但不少闸门运行中发生强烈振动。动水作用下闸门结构的流激振动、动力稳定性及安全可靠性等问题正受到越来越多的重视。对丰满重建工程泄洪兼导流洞弧门开展系统的闸门流激振动和静、动力原型观测,取得闸门运行的第一手实际动态资料。通过系统分析评价,为闸门的安全运行制定合理操作规程,并指导未来的工程运行管理,具有十分重要的工程指导意义和科学价值。     

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。     

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。     

水工弧形闸门半主动减振控制

水力学边界条件优化和结构优化是降低水工弧形闸门流激振动的重要措施,但这些措施对流激振动的削弱仍然有限,且不能应用于已建成闸门的减振。采用结构控制的方法是解决流激振动问题的进一步措施,且对已建成闸门的减振有重要意义。针对某大型水利枢纽导流底孔弧形闸门,在闸门上布置若干MR阻尼器,采用半主动控制来减小振动。计算结果表明采用半主动控制能有效地抑制弧形闸门流激振动反应。     

基于流固耦合的弧形闸门-闸墩体系的流激振动研究

实际工程中弧形闸门与闸墩联系紧密,在水流脉动压力下二者相互影响,形成一个体系。为了揭示闸门与闸墩的相互影响规律,采取流固耦合理论对弧形闸门-闸墩体系开展流激振动研究。以某水利工程弧形工作闸门为例,针对弧形闸门单体和弧形闸门-闸墩体系分别建立三维有限元模型,计算两种模型的自振频率,基于模态分析的结果对两种模型进行动力响应分析,总结闸门和闸墩在动力特性和流激振动响应方面的相互影响规律。结果表明：闸墩对闸门动力特性及动力响应具有较大影响,考虑闸墩影响时,弧形闸门自振频率下降,其中以支臂振动为主的第4阶自振频率下降幅度最大,为61.45%,面板及支臂顺河向动位移分别减小44.58%及增大37.93%,面板及支臂动应力分别下降41.70%及增加30.71%;闸门流激振动对闸墩应力有显著影响,相较于闸墩按动力系数计算的最大应力增大了4.713 MPa。采用弧形闸门-闸墩体系模型可以更加准确而全面地评估弧形闸门及闸墩在流激振动下的安全特性。     

我国大跨度闸门应用趋势与抗振对策

在分析我国大跨度闸门研制开发进展、应用现状和趋势的基础上,指出大跨度闸门的研发和应用既丰富和提高了我国水利工程建设水平和挡泄水结构的多样性,又表明我国的金属结构设计和制造水平得到显著提高,但由于结构尺寸的增大和运行方式的不同,闸门结构的流激振动问题也日益突出,成为影响工程安全运行必须考虑的首要问题之一.为此,文中阐述了各类新型闸门的运行特征和流激振动特点,给出闸门结构的动态优化和振动控制措施.     

水工闸门振动研究现状及发展趋势

随着我国高坝大库的建设,闸门结构的设计安装要求不断提高。闸门振动往往会影响大坝的正常运行,而闸门振动是一个复杂的结构性问题,研究难度较大。为解决振动问题,需清楚闸门振动的诱因并采取相应措施。基于现有的理论方法和成果,从振动现象、闸门振动等级标准、研究方法、闸门振动诱因分析及结构优化措施、弧形闸门动力稳定研究、振动的主动控制方法等多方面出发,详细介绍了闸门振动问题的研究进展,并提出了闸门振动急需解决的问题和未来6个研究方向,为闸门振动问题的研究提供一定参考。     

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。     

水力自控翻板门拍振机理的研究

水力自控翻板闸门因其能随水位涨落而自动启闭，结构简单，造价低廉，利于排沙等优点，在兼有蓄泄任务的各类水利工程是得到广泛的应用，并产生了很好的经济效益，然而闸门在特定水力条件下产生自激型的不稳定拍振（或称拍打）是影响该类闸门安全运行的控制因素，本文对水力自控翻板门的稳定性进行理论分析和计算，得到了稳定性指标，同时还进行了相应的实验研究，计算结果与实验结果吻合较好，分析了影响稳定性的因素，结果表明下游     

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。     

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。     

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。     

考虑流固耦合效应的弧形钢闸门地震动力响应研究

在地震高发的中国西南地区,地震激励对弧形钢闸门的安全持续稳定运行影响较大,有必要对弧形闸门在地震作用下的动力响应及安全性进行研究。以某工程表孔弧形钢闸门为例,通过建立考虑水体和结构耦合作用的三维数值模型,研究了弧形钢闸门地震动力响应,然后利用重力坝-库水流固耦合模型验证了计算方法的准确性和有效性,最后对弧形钢闸门进行动力时程响应分析,计算了弧门地震动水压力,并与规范方法进行对比。结果表明:本文提出的考虑流固耦合效应的动力响应分析方法适用于闸门地震动力响应计算;流固耦合效应对弧形钢闸门地震动力响应影响较大,考虑流固耦合效应的闸门动力响应计算结果比规范明显增大,两者最大比值达到2倍以上。闸门结构动位移响应峰值在闸门面板顶部中心,动应力响应峰值发生在下主横梁跨中;流固耦合的动力计算表明该闸门结构刚度满足规范要求,强度不能满足,上、下主横梁处为结构动力响应薄弱环节;对高水头采用规范法计算的地震动水压力偏大,对低水头动水压力计算结果偏小。考虑流固耦合的闸门结构动力响应分析研究能反映其真实力学特征,对于地震高发区弧形钢闸门的结构设计和安全评价具有参考意义。     

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。