水利枢纽厂坝隔(导)墙流激振动与结构优化研究
成果的背景及主要用途:导墙或隔水墙这种轻型薄壁结构受到脉动压力的交 变作用,导致结构物疲劳破坏和强烈振动的危险性,是一个现实的问题,应引起 水工结构设计人员的充分重视,也是水利工程研究的一个重要课题。天津大学 1996 年至 2000 年先后开展了中国长江三峡工程开发总公司委托的“三峡水利枢 纽厂坝隔(导)墙泄洪振动的水弹性模型实验研究”(编号:ZT-96(1)-7)和“三 峡工程厂坝隔(左导)墙的优化研究”(CT-98-22-5)的科研项目;2002 年至 2003 开展了中国水电顾问集团中南勘测设计研究院委托的“向家坝水电站消力池底板 和导(隔)墙结构水弹性模型试验研究”项目;2004 开展了“三峡导墙振动的原型 观测研究”。通过这些项目的研究工作,对导墙结构的流激振动和结构优化开展 了系统的实验研究、理论分析和原型观测,提出的创新性成果在工程中得到应用, 取得了显著的社会和经济效益。 技术原理与工艺流程简介:对于导墙结构流激振动响应往往是其结构设计的 控制条件,其结构的安全和结构优化设计与流激振动响应关系密切。但由于泄洪 振动的复杂性,即激振源、脉动荷载时空相关和流固耦联效应的复杂性,通过单 纯的水力模拟和数值计算难以正确确定导墙流激振动的响应。而采用泄洪激振的 水弹性实验模拟可以很好的解决这一问题。水弹性模型是对“结构——水体——地 基——动荷载”四位一体的流固振动系统的模拟,它可以同时满足“动荷载”输人系 统相似和结构系统动力响应相似,即满足水力学条件和结构动力学条件相似。通 过水弹性模拟实验研究导墙结构流激振动的一般规律,建立相应的理论计算模型, 开展原型观测,提出导墙结构安全评价的指标以及安全监测、健康振动的理论分 析方法,并通过原型观测来验证。 技术水平及专利与获奖情况:该项成果达到国际先进水平。 应用前景分析及效益预测:针对三峡工程导墙从水流条件和结构静动力条件 两个方面来进行三峡工程导墙泄洪振动及优化研究,研究成果已在工程建设中得 到应用、实施,节省投资约 4000 万元,效益明显。 开展了向家坝水电站消力池导(隔)墙结构水弹性模型研究,优化了两个导(隔) 墙体型。该研究成果对向家坝导(隔)墙的泄洪振动响应及其整体稳定性提供了科 学的评价依据,为工程建设提供了一个强有力关键的技术支撑,相关成果已被设 计采用。 结合导墙结构原型观测,应用提出导墙流激振动的反分析方法,可为导墙安 全运行监测和健康诊断提供了理论依据和技术平台,这种理论方法和技术手段对 其他泄洪消能建筑物的安全监测和健康诊断、实时预警都有广泛的应用前景。 该成果的理论方法也可推广到溢洪道边墙的流激振动和安全监测。 应用领域:水利水电工程设计和运行管理。 合作方式及条件:技术服务。
天津大学
2021-04-11