水库汛期运行水位动态控制及风险分析

冲击发生时,H型钢柱在冲击部位的上翼缘有明显的下凹,腹板出现明显的非对称面外变形;形成了明显的局部变形,使H型钢柱在冲击点处形成塑性铰;随着变形的发展,在H型钢柱的固定支座附近下翼缘产生了压曲变形。实验中对腹板厚度、翼缘厚度、冲击能量、轴压力等影响构件抗冲击性能的主要参数进行了研究。

实验结果表明,随着腹板、翼缘厚度的增大,冲击力峰值增长且增长较为明显;冲击力的平台值也增大,平台持续的时间逐渐减小。翼缘厚度的增长对冲击力平台值影响较为显著,而腹板厚度对冲击力峰值影响较为显著。

相同荷载条件下,高截面试件经历冲击的时间较长,矮截面试件变形速率较快,两种截面试件的变形相差不大。(2)考虑材料应变率效应的影响,建立了H型钢构件受侧向低速冲击的有限元模型。

水库汛期运行水位动态控制及风险分析

采用本文及其他研究者的相关实验数据对有限元模型的精度进行了比对,验证了模型的可靠性。利用该有限元模型对薄柔H型截面钢构件在冲击荷载作用下的构件破坏形态、冲击力、变形、受力状态及应力发展等进行了分析。

同时研究不同的参数对构件在冲击荷载下力学性能的影响。结果表明,冲击能量的增加导致钢构件耗能的增加;冲击时间主要由冲击质量决定;最大冲击力主要由冲击速度决定。

同时冲击速度使钢构件单位位移下的耗能提高,而冲击质量并不能改变构件在单位位移下的耗能。随着轴压比的增大,冲击力降低,撞击处位移增大;耗能逐渐增大;且轴压力对构件耗能在

冲击力平台阶段的影响显著。

(3)基于柱的变形模态及能量平衡并利用塑性铰线理论,建立了考虑局部屈曲的薄柔H型截面钢柱受侧向撞击的理论模型,给出了构件局部屈曲的变形发展全过程,得到了构件局部屈曲处的耗能及使其发生破坏的临界冲击能量,并与有限元结果比对验证了该理论模型的有效性。在此基础上,利用该理论模型对轴压力和冲击位置进行了参数分析,结果表明随着柱所受轴压力的增大,柱在失效之前产生的侧向变形逐渐减小,构件临界冲击速度逐渐降低;冲击位置越靠近柱底,构件临界冲击速度越大;随着施加的轴压力减小,柱轴向移动导致的轴压力所做的功增加,塑性耗散能也增加。

(4)固定端的实现是保证实验结果的先决条件,本文冲击实验的固定端采用螺栓连接,而螺栓松动属于微小损伤,常规方法难以辨别,但会对实验结果产生一定影响。为确保冲击实验结果的精确性,利用压电陶瓷的主动传感技术对H型钢柱柱脚螺栓松动进行监测,通过使用信噪比较高的时域反演法,分析了聚焦信号的峰值来持续监测柱底螺栓的健康状况,模拟了工程实际中的螺栓松动监测,得到了本实验中试件与夹板之间的最大适合预应力为70N?m。

实验结果表明柱底螺栓预应力的大小会影响柱底与夹板之间的实际接触面积,进而影响聚焦信号的峰值大小。在预应力值达到饱和之前,聚焦信号的峰值随着柱底螺栓预应力值的增大而

明显增大。

因此,本文依托湖北省富水水库汛期运行水位动态控制项目,研究了适用于大部分水库的汛期运行水位动态控制的方法以及相应的风险计算方法。随着我国气象预报信息的水平不断提高加上水库历史洪水资料不断丰富,本文一方面结合Fisher最优分割法和保守估计法,根据多年洪水的季节性规律将汛期进行分期设计从而提高非主汛期的运行水位,解决了以往分期设计中汛期划分经验主观性大和常被忽略的分期汛限水位超过原整汛期防洪设计标准等问题。

另一方面在分期的基础上,根据可利用的气象预报信息采用改进预泄能力约束法再次提高汛期的运行水位,并确定不同预报信息下的调度方案。将水库汛期运行水位从原静态管理转换为动态控制必然增加一定的风险,本文针对利用短期降雨预报信息进行汛期运行水位动态控制的方法进行了风险分析,结合贝叶斯定理与蒙特卡罗随机模拟分别研究了降雨预报不确定性在汛期水位动态控制过程中产生的风险以及其与典型洪水不确定性、调度滞时不确定性、下泄能力不确定性和水位-库容关系曲线不确定性等多个主要风险因子组合作用下的风险。

同时分析了利用风险率和风险损失对汛期运行水位动态控制中可能产生的库区淹没损失风险、下游淹没损失风险以及大坝防洪风险进行风险结果评价的方法,并提出尽量降低风险的几种措施。对富水水库汛期运行水位进行了动态控制研究,结合风险

计算与评价,推荐了合理的能提高经济效益、减轻下游行洪压力的动态控制方案。

并以此实例计算分析,验证了理论方法的正确性与可行性。