水利樞紐廠壩隔(導)墻流激振動與結構優化研究
成果的背景及主要用途:導墻或隔水墻這種輕型薄壁結構受到脈動壓力的交 變作用,導致結構物疲勞破壞和強烈振動的危險性,是一個現實的問題,應引起 水工結構設計人員的充分重視,也是水利工程研究的一個重要課題。天津大學 1996 年至 2000 年先后開展了中國長江三峽工程開發總公司委托的“三峽水利樞 紐廠壩隔(導)墻泄洪振動的水彈性模型實驗研究”(編號:ZT-96(1)-7)和“三 峽工程廠壩隔(左導)墻的優化研究”(CT-98-22-5)的科研項目;2002 年至 2003 開展了中國水電顧問集團中南勘測設計研究院委托的“向家壩水電站消力池底板 和導(隔)墻結構水彈性模型試驗研究”項目;2004 開展了“三峽導墻振動的原型 觀測研究”。通過這些項目的研究工作,對導墻結構的流激振動和結構優化開展 了系統的實驗研究、理論分析和原型觀測,提出的創新性成果在工程中得到應用, 取得了顯著的社會和經濟效益。 技術原理與工藝流程簡介:對于導墻結構流激振動響應往往是其結構設計的 控制條件,其結構的安全和結構優化設計與流激振動響應關系密切。但由于泄洪 振動的復雜性,即激振源、脈動荷載時空相關和流固耦聯效應的復雜性,通過單 純的水力模擬和數值計算難以正確確定導墻流激振動的響應。而采用泄洪激振的 水彈性實驗模擬可以很好的解決這一問題。水彈性模型是對“結構——水體——地 基——動荷載”四位一體的流固振動系統的模擬,它可以同時滿足“動荷載”輸人系 統相似和結構系統動力響應相似,即滿足水力學條件和結構動力學條件相似。通 過水彈性模擬實驗研究導墻結構流激振動的一般規律,建立相應的理論計算模型, 開展原型觀測,提出導墻結構安全評價的指標以及安全監測、健康振動的理論分 析方法,并通過原型觀測來驗證。 技術水平及專利與獲獎情況:該項成果達到國際先進水平。 應用前景分析及效益預測:針對三峽工程導墻從水流條件和結構靜動力條件 兩個方面來進行三峽工程導墻泄洪振動及優化研究,研究成果已在工程建設中得 到應用、實施,節省投資約 4000 萬元,效益明顯。 開展了向家壩水電站消力池導(隔)墻結構水彈性模型研究,優化了兩個導(隔) 墻體型。該研究成果對向家壩導(隔)墻的泄洪振動響應及其整體穩定性提供了科 學的評價依據,為工程建設提供了一個強有力關鍵的技術支撐,相關成果已被設 計采用。 結合導墻結構原型觀測,應用提出導墻流激振動的反分析方法,可為導墻安 全運行監測和健康診斷提供了理論依據和技術平臺,這種理論方法和技術手段對 其他泄洪消能建筑物的安全監測和健康診斷、實時預警都有廣泛的應用前景。 該成果的理論方法也可推廣到溢洪道邊墻的流激振動和安全監測。 應用領域:水利水電工程設計和運行管理。 合作方式及條件:技術服務。
天津大學
2021-04-11