巴基斯坦高摩赞大坝枢纽工程溢洪道导墙水流激振分析探讨
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
结构及 布置需要 ，中隔墩 厚为 ６ｍ，两侧 隔墩 厚为 ３
图 １ 加 固前导墙体型 图（ 无横 向支撑 ）
ｐ
ｍ，边墩厚 为 ２ｍ。溢洪道 下游 与坝 面泄 槽相 接 ，泄 槽之 间设 有隔墙 ，在溢 洪道 首部 和 中部 隔墙 高 ５ｍ， 在尾部渐 变至 ２ 。最大水 头 １５５ ４ｍ高 １．１ｍ，最 大 流
基斯坦高摩赞大坝枢纽工程 实际 出发 ，结合模型试验 ，探讨 导墙 和坝体之 间产 生流激振 的可能性 ，为其 它工程导墙
设计提供参考。 关键 词 溢洪道导墙 水流 激振 冲击 高摩赞大 坝枢纽工程
Ｔ Ｉ １４ Ｖ ３ ． 中 图分 类 号
文献标识码
Ｂ
文章编号
１０ ． ８ （０ ００ — Ｏ 。４ ０７６ ０ ２ １ ）３０ ９０ ９ Ｏ
赞工程溢洪道导墙的水流激振分析 ，在借鉴 了国内
一
些工 程 的分 析成 果 和理论 研究 的基 础 上 ，对导 墙
进 行 了流 激振 动分 析 ，结果 表 明是安 全 的 。 １ 溢 洪 道 导墙 设 计 巴基斯 坦高摩 赞 大 坝枢 纽工 程 的 溢洪 道 布置 在 大坝 的中部 ，为 开 敞式无 闸 门控 制 ，共 设 ４孔 ，每 孔净宽 为 １． ７５ ｍ，设有 ３个 隔墩和 ２ 边 墩 。根 据 ０ 个
对 于多数 高拱 坝 、窄 河谷 、大流量 的水 利水 电
工程 来说 ，一 般选 择 的消 能方 式是 挑 流消 能 。 由于 河谷 狭窄 ，有 些工 程 就选 择 了窄缝 式 消能 工 ，从 而
向上游 延伸 ５ｍ，然后 逐 渐 降低 至 ６６０ 由于 ８ ．０ｍ。 边 墙高 度较 高 ，泄洪 时 在脉 动压 力作 用 下 ，存 在诱
２ 导 墙 流 激 振 动 响 应 计 算 模 型
将 结构 离散 成有 限多 个 自由度 ，其 在 随机荷 载 作 用下 的运 动微 分方 程 为 ： ［ ］ ｝ ｃ］ ｝ ］ Ｖ ＝｛ （） ｛ ＋［ ｛ ＋［ ｛ ｝ Ｐ｝ １
若点 脉动 压力 转换 为面 脉动 荷载后 或直 接实 测
墙体 型见 图 １ 。 、２
流流态比较紊乱 ，需要加高泄槽两侧的导墙 。水 流
和导 墙之 间 因脉动 压力 而产 生 一种 耦合 ，这种 流 固
耦合 效应 ，就 是水 流 的流激 振 。因水流 激振 导致 工 程破 坏 的工程 实例 也 曾见诸 文 章 ，而且 多 为导墙 结 构 的破 坏 ，因此 对 于 导墙 结 构 的流 激 振 动 的研 究 ， 也就显 得 十分 必要 。近年来 ，水流 激振 的研 究不 断 发展 ，在 一些 大型 水利 水 电工 程 中得 以应用 。高摩
脉 动压力 变小 ，其 后则 逐渐 增大 ，在 导墙末 端 的 出
分量 。应 用振 型叠 加法 求解 式 （） １ ，令 ： ｛ 一［ ｛ ｝ Ｖ｝ ］ （） ２ 式 中 ，［ ］ 为模 态 矩 阵 ； ｛ ｝ 振 型 的广 义 位 移 向 为
量 ，因一 般 流 激 振 动 问题 中均 只是 以 低 阶振 型 为
３ 流激振动分析
在模 型 试 验 时 ，沿 导 墙 的 边 墩 和 中墩 布 置 了 １ 测点 ，结 果 表 明 ，沿 水 流 方 向 在 急 剧 收 缩 处 ４个
面脉动荷载进行振动响应计算 ，面内各节点互谱密 度 项 取为 面脉 动压 力 的 自谱 密度 ，不 同部位 面脉 动 压力按相互独立 随机过程来处 理 ，即互谱项 取为 零 ，则 位移 响应 均方 根值 为 ：
＝
式中，［ ］ 质 量矩 阵，［ ］ 结 构 质 量 矩 阵 为 为
［ 。和水 附加 质 量矩 阵 ［ ｗ 之 和 ；［ ］ ］ ］ 为结构 刚
速最高达 ４ ． ／，最大泄洪功率为 ４４８２Ｍ １ ７ｍ ｓ ０ ２ ． Ｗ，
因此消 能 的压力 很 大 。为 了使 挑 射 水 流 纵 向拉 开 ， 使水流在 空 中充分 掺 气 ，分 散 水 流落 点 ，减 轻对 下
游河床的冲刷 ，采用了窄缝式消能工。 溢 洪 道导墙 根 据水 面线 计算 结果 ，设 置 ５ｍ高
２１ ００年 第 ２ ９卷 第 ３期 ・Ｄ Ｈ 水 利 水 电 工 程 设 计 ＷＲ Ｅ
巴基斯坦高 摩赞大坝枢纽工 程 溢 洪 道 导 墙 水 流 激 振 分 析 探 讨
张 忠辉 洪 慧俊 张伟 波 赫 庆彬
摘 要 在高坝设计 中，溢 洪道 泄流 时，水流脉 动压力 对导墙 的冲击形成水流 激振 ，危及 到工程 的安全运 行。从 巴
能够满 足要 求 ，并 经模 型试 验验 证是 合适 的。挑 流 鼻坎 出 口处 的 边 墙 顶 高 程 ６８０ ９ ．０ｍ，高 为 ２ ４ｍ，
图 ２ 加 固后 导 墙 体 型 图 （ 横 向支 撑 ） 有
水 利 水 电工 程 设 计
Ｄ Ｈ ・２ １ 年 第 ２ 卷 第 ３期 ＷＲ Ｅ ００ ９
发 振动 的可 能 ，存 在导 墙结 构不 稳定 的可能 性 。从
Leabharlann Baidu
缩 窄 了过 水 断面 ，使得 泄槽 内 的水 流深 度 较深 ，水
国内外工程实例看 ，这种可能性是存在的。但 由于 窄缝式消能工的特点，溢洪道末端过水断面宽度 由 １ ． ７５ｍ收缩 至 ２ｍ，水 流 流 速 大 ，形 态 复 杂 多 变 ， 因此 在进 行 模拟 分析 时存 在很 大 困难 。加 固前后 导
￣Ｄ ／ 础＝￣ Ｊ （ ） ／ 缸 叫 ｄ
（） ８
当单元 中各节点 的位移响应向量求出后 ，可依 据下式求出其应力 ： ｛ ｝ Ｄ］ ］ ｝ ＿［ ［ ｛
式 中 ，［ 为弹 性矩 阵 ；［ ］ Ｄ］ 为应 变矩 阵 。 （） ９
度矩阵 ；［ ］ ｃ 为结构阻尼矩阵 ； ｛ ｝ ｛ ｝ ｛ ｝ 、 、 分别 为加 速度 、速 度 、位 移矢 量 ；［ 为 随机 荷 载 Ｐ］
图 １ 加 固前导墙体型 图（ 无横 向支撑 ）
ｐ
ｍ，边墩厚 为 ２ｍ。溢洪道 下游 与坝 面泄 槽相 接 ，泄 槽之 间设 有隔墙 ，在溢 洪道 首部 和 中部 隔墙 高 ５ｍ， 在尾部渐 变至 ２ 。最大水 头 １５５ ４ｍ高 １．１ｍ，最 大 流
基斯坦高摩赞大坝枢纽工程 实际 出发 ，结合模型试验 ，探讨 导墙 和坝体之 间产 生流激振 的可能性 ，为其 它工程导墙
设计提供参考。 关键 词 溢洪道导墙 水流 激振 冲击 高摩赞大 坝枢纽工程
Ｔ Ｉ １４ Ｖ ３ ． 中 图分 类 号
文献标识码
Ｂ
文章编号
１０ ． ８ （０ ００ — Ｏ 。４ ０７６ ０ ２ １ ）３０ ９０ ９ Ｏ
赞工程溢洪道导墙的水流激振分析 ，在借鉴 了国内
一
些工 程 的分 析成 果 和理论 研究 的基 础 上 ，对导 墙
进 行 了流 激振 动分 析 ，结果 表 明是安 全 的 。 １ 溢 洪 道 导墙 设 计 巴基斯 坦高摩 赞 大 坝枢 纽工 程 的 溢洪 道 布置 在 大坝 的中部 ，为 开 敞式无 闸 门控 制 ，共 设 ４孔 ，每 孔净宽 为 １． ７５ ｍ，设有 ３个 隔墩和 ２ 边 墩 。根 据 ０ 个
对 于多数 高拱 坝 、窄 河谷 、大流量 的水 利水 电
工程 来说 ，一 般选 择 的消 能方 式是 挑 流消 能 。 由于 河谷 狭窄 ，有 些工 程 就选 择 了窄缝 式 消能 工 ，从 而
向上游 延伸 ５ｍ，然后 逐 渐 降低 至 ６６０ 由于 ８ ．０ｍ。 边 墙高 度较 高 ，泄洪 时 在脉 动压 力作 用 下 ，存 在诱
２ 导 墙 流 激 振 动 响 应 计 算 模 型
将 结构 离散 成有 限多 个 自由度 ，其 在 随机荷 载 作 用下 的运 动微 分方 程 为 ： ［ ］ ｝ ｃ］ ｝ ］ Ｖ ＝｛ （） ｛ ＋［ ｛ ＋［ ｛ ｝ Ｐ｝ １
若点 脉动 压力 转换 为面 脉动 荷载后 或直 接实 测
墙体 型见 图 １ 。 、２
流流态比较紊乱 ，需要加高泄槽两侧的导墙 。水 流
和导 墙之 间 因脉动 压力 而产 生 一种 耦合 ，这种 流 固
耦合 效应 ，就 是水 流 的流激 振 。因水流 激振 导致 工 程破 坏 的工程 实例 也 曾见诸 文 章 ，而且 多 为导墙 结 构 的破 坏 ，因此 对 于 导墙 结 构 的流 激 振 动 的研 究 ， 也就显 得 十分 必要 。近年来 ，水流 激振 的研 究不 断 发展 ，在 一些 大型 水利 水 电工 程 中得 以应用 。高摩
脉 动压力 变小 ，其 后则 逐渐 增大 ，在 导墙末 端 的 出
分量 。应 用振 型叠 加法 求解 式 （） １ ，令 ： ｛ 一［ ｛ ｝ Ｖ｝ ］ （） ２ 式 中 ，［ ］ 为模 态 矩 阵 ； ｛ ｝ 振 型 的广 义 位 移 向 为
量 ，因一 般 流 激 振 动 问题 中均 只是 以 低 阶振 型 为
３ 流激振动分析
在模 型 试 验 时 ，沿 导 墙 的 边 墩 和 中墩 布 置 了 １ 测点 ，结 果 表 明 ，沿 水 流 方 向 在 急 剧 收 缩 处 ４个
面脉动荷载进行振动响应计算 ，面内各节点互谱密 度 项 取为 面脉 动压 力 的 自谱 密度 ，不 同部位 面脉 动 压力按相互独立 随机过程来处 理 ，即互谱项 取为 零 ，则 位移 响应 均方 根值 为 ：
＝
式中，［ ］ 质 量矩 阵，［ ］ 结 构 质 量 矩 阵 为 为
［ 。和水 附加 质 量矩 阵 ［ ｗ 之 和 ；［ ］ ］ ］ 为结构 刚
速最高达 ４ ． ／，最大泄洪功率为 ４４８２Ｍ １ ７ｍ ｓ ０ ２ ． Ｗ，
因此消 能 的压力 很 大 。为 了使 挑 射 水 流 纵 向拉 开 ， 使水流在 空 中充分 掺 气 ，分 散 水 流落 点 ，减 轻对 下
游河床的冲刷 ，采用了窄缝式消能工。 溢 洪 道导墙 根 据水 面线 计算 结果 ，设 置 ５ｍ高
２１ ００年 第 ２ ９卷 第 ３期 ・Ｄ Ｈ 水 利 水 电 工 程 设 计 ＷＲ Ｅ
巴基斯坦高 摩赞大坝枢纽工 程 溢 洪 道 导 墙 水 流 激 振 分 析 探 讨
张 忠辉 洪 慧俊 张伟 波 赫 庆彬
摘 要 在高坝设计 中，溢 洪道 泄流 时，水流脉 动压力 对导墙 的冲击形成水流 激振 ，危及 到工程 的安全运 行。从 巴
能够满 足要 求 ，并 经模 型试 验验 证是 合适 的。挑 流 鼻坎 出 口处 的 边 墙 顶 高 程 ６８０ ９ ．０ｍ，高 为 ２ ４ｍ，
图 ２ 加 固后 导 墙 体 型 图 （ 横 向支 撑 ） 有
水 利 水 电工 程 设 计
Ｄ Ｈ ・２ １ 年 第 ２ 卷 第 ３期 ＷＲ Ｅ ００ ９
发 振动 的可 能 ，存 在导 墙结 构不 稳定 的可能 性 。从
Leabharlann Baidu
缩 窄 了过 水 断面 ，使得 泄槽 内 的水 流深 度 较深 ，水
国内外工程实例看 ，这种可能性是存在的。但 由于 窄缝式消能工的特点，溢洪道末端过水断面宽度 由 １ ． ７５ｍ收缩 至 ２ｍ，水 流 流 速 大 ，形 态 复 杂 多 变 ， 因此 在进 行 模拟 分析 时存 在很 大 困难 。加 固前后 导
￣Ｄ ／ 础＝￣ Ｊ （ ） ／ 缸 叫 ｄ
（） ８
当单元 中各节点 的位移响应向量求出后 ，可依 据下式求出其应力 ： ｛ ｝ Ｄ］ ］ ｝ ＿［ ［ ｛
式 中 ，［ 为弹 性矩 阵 ；［ ］ Ｄ］ 为应 变矩 阵 。 （） ９
度矩阵 ；［ ］ ｃ 为结构阻尼矩阵 ； ｛ ｝ ｛ ｝ ｛ ｝ 、 、 分别 为加 速度 、速 度 、位 移矢 量 ；［ 为 随机 荷 载 Ｐ］