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水利樞紐廠壩隔（導(dǎo)）墻流激振動與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

成果的背景及主要用途：導(dǎo)墻或隔水墻這種輕型薄壁結(jié)構(gòu)受到脈動壓力的交變作用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物疲勞破壞和強(qiáng)烈振動的危險性，是一個現(xiàn)實的問題，應(yīng)引起水工結(jié)構(gòu)設(shè)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(xué) 1996 年至 2000 年先后開展了中國長江三峽工程開發(fā)總公司委托的“三峽水利樞紐廠壩隔（導(dǎo)）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(dǎo)）墻的優(yōu)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(tuán)中南勘測設(shè)計研究院委托的“向家壩水電站消力池底板和導(dǎo)(隔)墻結(jié)構(gòu)水彈性模型試驗研究”項目；2004 開展了“三峽導(dǎo)墻振動的原型觀測研究”。通過這些項目的研究工作，對導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)的流激振動和結(jié)構(gòu)優(yōu)化開展了系統(tǒng)的實驗研究、理論分析和原型觀測，提出的創(chuàng)新性成果在工程中得到應(yīng)用，取得了顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。技術(shù)原理與工藝流程簡介：對于導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)流激振動響應(yīng)往往是其結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制條件，其結(jié)構(gòu)的安全和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與流激振動響應(yīng)關(guān)系密切。但由于泄洪振動的復(fù)雜性，即激振源、脈動荷載時空相關(guān)和流固耦聯(lián)效應(yīng)的復(fù)雜性，通過單純的水力模擬和數(shù)值計算難以正確確定導(dǎo)墻流激振動的響應(yīng)。而采用泄洪激振的水彈性實驗?zāi)M可以很好的解決這一問題。水彈性模型是對“結(jié)構(gòu)——水體——地基——動荷載”四位一體的流固振動系統(tǒng)的模擬，它可以同時滿足“動荷載”輸人系統(tǒng)相似和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動力響應(yīng)相似，即滿足水力學(xué)條件和結(jié)構(gòu)動力學(xué)條件相似。通過水彈性模擬實驗研究導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)流激振動的一般規(guī)律，建立相應(yīng)的理論計算模型，開展原型觀測，提出導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)安全評價的指標(biāo)以及安全監(jiān)測、健康振動的理論分析方法，并通過原型觀測來驗證。技術(shù)水平及專利與獲獎情況：該項成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測：針對三峽工程導(dǎo)墻從水流條件和結(jié)構(gòu)靜動力條件兩個方面來進(jìn)行三峽工程導(dǎo)墻泄洪振動及優(yōu)化研究，研究成果已在工程建設(shè)中得到應(yīng)用、實施，節(jié)省投資約 4000 萬元，效益明顯。開展了向家壩水電站消力池導(dǎo)(隔)墻結(jié)構(gòu)水彈性模型研究，優(yōu)化了兩個導(dǎo)(隔) 墻體型。該研究成果對向家壩導(dǎo)(隔)墻的泄洪振動響應(yīng)及其整體穩(wěn)定性提供了科學(xué)的評價依據(jù)，為工程建設(shè)提供了一個強(qiáng)有力關(guān)鍵的技術(shù)支撐，相關(guān)成果已被設(shè) 計采用。結(jié)合導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)原型觀測，應(yīng)用提出導(dǎo)墻流激振動的反分析方法，可為導(dǎo)墻安全運(yùn)行監(jiān)測和健康診斷提供了理論依據(jù)和技術(shù)平臺，這種理論方法和技術(shù)手段對其他泄洪消能建筑物的安全監(jiān)測和健康診斷、實時預(yù)警都有廣泛的應(yīng)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(jiān)測。應(yīng)用領(lǐng)域：水利水電工程設(shè)計和運(yùn)行管理。合作方式及條件：技術(shù)服務(wù)。

天津大學(xué) 2021-04-11

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