基于泄流振動(dòng)響應(yīng)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)反分析與安全評(píng)價(jià)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(shí)，由于強(qiáng)烈紊動(dòng)的水流往往具有很大的動(dòng)能，極易導(dǎo)致泄水結(jié)構(gòu)的劇烈振動(dòng)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(dòng)，從而影響工程運(yùn)行安全，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致破壞的實(shí)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(gè)方面：結(jié)構(gòu)動(dòng)位移超過振動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)過大導(dǎo)致振動(dòng)疲勞破壞。因此，獲取流激振動(dòng)下的泄流結(jié)構(gòu)的動(dòng)位

2、移值和動(dòng)應(yīng)力值，是評(píng)價(jià)泄流結(jié)構(gòu)能否正常工作的重要依據(jù)。對(duì)泄流結(jié)構(gòu)開展原型振動(dòng)測(cè)試時(shí)，由于實(shí)測(cè)動(dòng)力響應(yīng)點(diǎn)數(shù)量是有限的，難以全面反映整個(gè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)特征，因此如何根據(jù)有限的實(shí)測(cè)點(diǎn)，反饋出整個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，尤其是針對(duì)水下結(jié)構(gòu)的的動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)，進(jìn)而對(duì)泄流結(jié)構(gòu)運(yùn)行安全評(píng)價(jià)具有重要意義，也是本文研究的主要問題，主要從以下三個(gè)方面展開研究：
　?。?）通過對(duì)導(dǎo)墻模型的數(shù)值模擬，驗(yàn)證反分析方法的可行性。由于誘發(fā)導(dǎo)墻振動(dòng)響應(yīng)的水動(dòng)力荷載是未知的，

3、首先，本文以一典型水動(dòng)力荷載作為輸入，建立ANSYS有限元數(shù)值模型進(jìn)行瞬態(tài)分析，從中提取測(cè)點(diǎn)的動(dòng)位移響應(yīng)時(shí)程，將其作為反分析方法的已知條件；其次，將這些測(cè)點(diǎn)的動(dòng)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(dòng)響應(yīng)的水動(dòng)力荷載，實(shí)現(xiàn)了振源的識(shí)別，并將該動(dòng)水荷載的實(shí)測(cè)值和計(jì)算值作對(duì)比，驗(yàn)證反分析方法的可行性；最后，再根據(jù)識(shí)別出的動(dòng)水荷載正分析計(jì)算整個(gè)導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)的整體動(dòng)位移響應(yīng)均方根值，并進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證，同時(shí)基于模態(tài)疊加法，反演出

4、整個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)。反演結(jié)果與瞬態(tài)響應(yīng)計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明，誤差均控制在5％以內(nèi)，驗(yàn)證了泄流結(jié)構(gòu)振動(dòng)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(cè)點(diǎn)的二灘拱壩原型動(dòng)態(tài)響應(yīng)場(chǎng)反演研究。以二灘拱壩原型工程為例，針對(duì)拱壩的六種不同泄水工況，開展了動(dòng)位移振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試，根據(jù)有限測(cè)點(diǎn)的動(dòng)位移實(shí)測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)壩體的動(dòng)位移場(chǎng)和動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)的反演。通過每種工況下實(shí)測(cè)二灘拱壩B1~B7測(cè)點(diǎn)動(dòng)位移響應(yīng)時(shí)程，反分析拱壩泄流時(shí)所受三個(gè)等效動(dòng)水荷

5、載，該過程引入遺傳算法，優(yōu)化了識(shí)別結(jié)果?；诜囱莩龅娜齻€(gè)等效荷載進(jìn)行正分析，計(jì)算出拱壩泄流時(shí)的整體動(dòng)位移場(chǎng)，并與已知測(cè)點(diǎn)的動(dòng)位移響應(yīng)均方根進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證?；谀B(tài)疊加法，對(duì)上述六個(gè)工況的拱壩原型結(jié)構(gòu)的整體動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了反演，得出壩體的整體動(dòng)應(yīng)力，并對(duì)壩體應(yīng)力較大部位的動(dòng)應(yīng)力結(jié)果進(jìn)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(diǎn)動(dòng)位移響應(yīng)均方根值呈現(xiàn)“中間大，兩邊遞減”的變化趨勢(shì)；②拱圈上的切向動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)變化趨勢(shì)和動(dòng)位移響應(yīng)類似；③拱冠