基于泄流振動響應(yīng)的結(jié)構(gòu)振動反分析與安全評價研究.pdf

1、我國的高壩建設(shè)規(guī)模居世界首位，這些已（在）建的拱壩在壩高、泄流量和泄洪功率等方面已居世界領(lǐng)先水平。泄流結(jié)構(gòu)在宣泄洪水時，由于強烈紊動的水流往往具有很大的動能，極易導(dǎo)致泄水結(jié)構(gòu)的劇烈振動甚至結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。近年來，高速泄洪水流誘發(fā)泄流結(jié)構(gòu)振動，從而影響工程運行安全，嚴重時會導(dǎo)致破壞的實例屢見不鮮。研究發(fā)現(xiàn)，泄流結(jié)構(gòu)破壞的原因主要包括兩個方面：結(jié)構(gòu)動位移超過振動安全標準；結(jié)構(gòu)動應(yīng)力響應(yīng)過大導(dǎo)致振動疲勞破壞。因此，獲取流激振動下的泄流結(jié)構(gòu)的動位

2、移值和動應(yīng)力值，是評價泄流結(jié)構(gòu)能否正常工作的重要依據(jù)。對泄流結(jié)構(gòu)開展原型振動測試時，由于實測動力響應(yīng)點數(shù)量是有限的，難以全面反映整個結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)特征，因此如何根據(jù)有限的實測點，反饋出整個結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，尤其是針對水下結(jié)構(gòu)的的動應(yīng)力響應(yīng)，進而對泄流結(jié)構(gòu)運行安全評價具有重要意義，也是本文研究的主要問題，主要從以下三個方面展開研究：
　?。?）通過對導(dǎo)墻模型的數(shù)值模擬，驗證反分析方法的可行性。由于誘發(fā)導(dǎo)墻振動響應(yīng)的水動力荷載是未知的，

3、首先，本文以一典型水動力荷載作為輸入，建立ANSYS有限元數(shù)值模型進行瞬態(tài)分析，從中提取測點的動位移響應(yīng)時程，將其作為反分析方法的已知條件；其次，將這些測點的動位移響應(yīng)譜作為已知輸入，編制反分析基本程序，反演出誘發(fā)導(dǎo)墻振動響應(yīng)的水動力荷載，實現(xiàn)了振源的識別，并將該動水荷載的實測值和計算值作對比，驗證反分析方法的可行性；最后，再根據(jù)識別出的動水荷載正分析計算整個導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)的整體動位移響應(yīng)均方根值，并進行了對比驗證，同時基于模態(tài)疊加法，反演出

4、整個結(jié)構(gòu)的動應(yīng)力響應(yīng)。反演結(jié)果與瞬態(tài)響應(yīng)計算結(jié)果對比表明，誤差均控制在5％以內(nèi)，驗證了泄流結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的反分析方法是有效而可行的。
　　（2）開展了基于有限測點的二灘拱壩原型動態(tài)響應(yīng)場反演研究。以二灘拱壩原型工程為例，針對拱壩的六種不同泄水工況，開展了動位移振動響應(yīng)測試，根據(jù)有限測點的動位移實測結(jié)果，實現(xiàn)了整個壩體的動位移場和動應(yīng)力場的反演。通過每種工況下實測二灘拱壩B1~B7測點動位移響應(yīng)時程，反分析拱壩泄流時所受三個等效動水荷

5、載，該過程引入遺傳算法，優(yōu)化了識別結(jié)果。基于反演出的三個等效荷載進行正分析，計算出拱壩泄流時的整體動位移場，并與已知測點的動位移響應(yīng)均方根進行了對比驗證?；谀B(tài)疊加法，對上述六個工況的拱壩原型結(jié)構(gòu)的整體動應(yīng)力場進行了反演，得出壩體的整體動應(yīng)力，并對壩體應(yīng)力較大部位的動應(yīng)力結(jié)果進行了分析。反演結(jié)果表明：①拱壩同一高程拱圈上各節(jié)點動位移響應(yīng)均方根值呈現(xiàn)“中間大，兩邊遞減”的變化趨勢；②拱圈上的切向動應(yīng)力響應(yīng)變化趨勢和動位移響應(yīng)類似；③拱冠