基于泄流激勵的水工結(jié)構(gòu)動力學(xué)反問題研究.pdf

1、隨著水利水電工程高水頭、大流量泄水建筑物的大量興建及工程結(jié)構(gòu)趨于輕型化，水流誘發(fā)的結(jié)構(gòu)振動問題將會更加突出，嚴(yán)重情況下就有可能造成結(jié)構(gòu)損傷，甚至結(jié)構(gòu)功能的失效。因此，開展基于泄流振動響應(yīng)的水工結(jié)構(gòu)損傷診斷與健康監(jiān)測研究，對于保障泄流結(jié)構(gòu)安全運行具有重大的現(xiàn)實意義。本論文結(jié)合工程實例，對泄流激勵下的典型水工結(jié)構(gòu)進行以下三個方面的反問題研究：
　　 (一)泄流激勵下水工結(jié)構(gòu)工作模態(tài)參數(shù)辨識研究。針對原型動力試驗激勵難的問題，本文結(jié)合

2、環(huán)境激勵的特點，直接根據(jù)水工結(jié)構(gòu)在工作環(huán)境激勵作用下的動力響應(yīng)去識別結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。(1)提出一種利用特征矩陣奇異熵增量對動態(tài)系統(tǒng)進行系統(tǒng)定階及對工作模態(tài)參數(shù)辨識的ERA方法，解決了動態(tài)系統(tǒng)定階難的問題，揭示了結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的模態(tài)階次及模態(tài)特性；(2)在SSI方法的基礎(chǔ)上，提出用“三步法”流程對結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)進行更為精確識別。即第一步，用奇異熵增量對系統(tǒng)進行定階，使得定階的界線更加清晰和穩(wěn)定；第二步，利用改進的穩(wěn)定圖對虛假模態(tài)進行剔除，

3、使得參數(shù)識別的結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠；第三步，將各階模態(tài)參數(shù)識別結(jié)果進行平均處理，最終得到更為精確的識別結(jié)果；(3)對拉西瓦拱壩水彈性模型(1:100)、三峽溢流壩及其左導(dǎo)墻進行了大規(guī)模全面的正常運行狀態(tài)下的振動測試，并將本文提出的基于泄流激勵的模態(tài)參數(shù)識別理論應(yīng)用到上述大型水工結(jié)構(gòu)的工作模態(tài)參數(shù)識別中，對其工作性態(tài)進行評估。
　　 (二)泄流激勵下高拱壩振源時域識別研究。高壩泄流誘發(fā)壩體振動的振源識別一直是水利界所關(guān)心的課題之一。在

4、對水工結(jié)構(gòu)進行安全評估時，有必要通過有限個測點的動態(tài)響應(yīng)，反分析作用于整個結(jié)構(gòu)的激振源特性。本文在小波理論、結(jié)構(gòu)動力學(xué)及隨機振動理論的基礎(chǔ)上，提出了一種基于小波正交算子變換的多振源反分析方法，并結(jié)合水工結(jié)構(gòu)的特點，探討了進行振源識別時所需注意的關(guān)鍵技術(shù)問題。以拉西瓦拱壩水彈性模型為研究對象，通過有限個測點的動位移實測值，反分析各等效激勵荷載時程，進而對拉西瓦拱壩的流激振動進行全面評估，為拱壩結(jié)構(gòu)的動態(tài)監(jiān)測和損傷診斷提供了基礎(chǔ)。
　

5、　 (三)泄流激勵下水工結(jié)構(gòu)損傷診斷研究。鑒于國內(nèi)外學(xué)者對基于泄流振動響應(yīng)的導(dǎo)墻及弧形閘門結(jié)構(gòu)的損傷診斷研究尚處于空白，本文對這兩類結(jié)構(gòu)進行了如下研究：(1)提出了基于泄流振動響應(yīng)的導(dǎo)墻損傷診斷方法，該方法較以往采用長期靜態(tài)位移觀測方法，可以更及時、準(zhǔn)確地識別結(jié)構(gòu)的整體安全性態(tài)，有其獨特的優(yōu)勢；以某大型水電站導(dǎo)墻為研究背景，進行了基于泄流振動響應(yīng)的損傷診斷，并提出了該導(dǎo)墻的頻率安全監(jiān)控指標(biāo)。(2)以嘉陵江新政航電工程表孔雙斜支臂弧形閘