向家坝泄洪诱发场地振动振源分析研究

发布时间：2018-03-11 19:00

  本文选题：高坝泄流　切入点：振源分析　出处：《天津大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：我国是世界水电第一大国，目前自主设计及在建的高坝中，其坝高及泄洪流量均已达到世界领先水平。由于高速水流的复杂性，以及高速水流与结构相互作用的复杂性，高坝泄流诱发的泄水建筑物及周边场地振动的现象时有发生。高坝泄流振动问题一直是近年来水利水电工程界关心的热点问题。在进行高坝泄流振动响应计算时，主要困难在于激励源的多样性和复杂性，因而首先需对振源进行分析，了解作用于坝体的动水荷载特性。本文针对向家坝模型试验问题、流激振动响应问题及振源识别问题，通过水力学模型试验、水弹性模型试验、理论分析及有限元数值计算对这些问题进行研究，建立了相关的计算方法，得出一些有意义的结论。主要研究内容如下： （一）泄洪诱发振动的水流脉动荷载特征研究。根据向家坝实际工程结构建立水力学模型，对作用于坝体的水流脉动荷载特征进行研究，重点分析不同泄洪工况下水流脉压的幅值、均方根值、时程变化特征；应用功率谱估计方法，对脉动荷载的信号进行谱分析，研究水流脉动荷载的主频分布规律。 （二）泄洪诱发场地振动的水弹性模型试验研究。根据实际工程结构及地基情况建立水弹性模型，对试验场地进行隔振处理。测得不同运行工况下结构地基振动的加速度响应值，分析不同开孔方式对地基不同位置振动的影响情况，初步识别不同激励源对振动的影响大小。 （三）泄流诱发坝区地基振动振源分析。基于泄流振动的正分析方法，依据有限元原理和计算方法，建立有限元数值模型。将实测水流脉动荷载换算成原型水流脉动荷载，并加载到数值模型上，对不同振源加载下结构的振动响应进行了计算分析，得到泄洪诱发坝区地基振动的振源分析结果。 （四）泄流诱发附近城区场地振动振源分析。建立向家坝泄水建筑物、地基及周边场地土原型有限元模型。将原型水流脉动荷载加载到有限元模型上，，计算并分析不同泄流工况下距离向家坝较近的水富县城两处典型测点的振动响应预测值。分析中孔开度不同、表孔开度不同及表中孔联合泄流对主振源的影响规律，识别主振源，据此提出有效的调度措施和工程措施。
[Abstract]:China is the largest hydropower country in the world. At present, among the high dams designed and under construction, the dam height and flood discharge have reached the leading level in the world. Because of the complexity of high speed water flow and the complexity of interaction between high speed flow and structure, In recent years, the problem of high dam discharge vibration has always been a hot issue in the field of water conservancy and hydropower engineering. In the calculation of the vibration response of high dam discharge, the vibration of the high dam discharge structure and its surrounding site occur from time to time. The main difficulty lies in the diversity and complexity of the excitation source, so it is necessary to analyze the vibration source and understand the characteristics of the dynamic water load acting on the dam body. In this paper, for the model test of Xiangjia dam, the fluid-induced vibration response problem and the vibration source identification problem are discussed. These problems are studied by hydraulic model test, hydroelastic model test, theoretical analysis and finite element numerical calculation. The relevant calculation methods are established, and some meaningful conclusions are drawn. The main contents are as follows:. (1) study on the characteristics of flow pulsating load on the vibration induced by flood discharge. According to the actual engineering structure of Xiangjia Dam, the hydraulic model is established, and the characteristics of the fluctuating load acting on the dam body are studied. The amplitude, root mean square (RMS) and time-history variation characteristics of flow pulse pressure under different flood discharge conditions are analyzed, and the power spectrum estimation method is applied to analyze the signal spectrum of pulsating load, and the main frequency distribution law of pulsating load is studied. (2) the hydroelastic model test study of the site vibration induced by flood discharge. According to the actual engineering structure and the foundation condition, the hydroelastic model is established. The vibration isolation treatment was carried out on the test site. The acceleration response values of the structural foundation vibration under different operating conditions were measured. The influence of different opening modes on the vibration of the foundation at different positions was analyzed, and the influence of different excitation sources on the vibration was preliminarily identified. (3) Analysis of vibration source of foundation vibration in dam area induced by discharge. Based on positive analysis method of discharge vibration, finite element numerical model is established according to finite element principle and calculation method. The measured pulsating load of flow is converted into prototype fluctuating load of flow. The vibration response of the structure subjected to different vibration sources is calculated and analyzed, and the vibration source analysis results of foundation vibration in the dam area induced by flood discharge are obtained. (4) the vibration source analysis of nearby urban site induced by discharge. The prototype finite element model of the drainage structure, foundation and surrounding site is established. The prototype flow pulsating load is loaded into the finite element model. The vibration response prediction values of two typical measuring points near Xiangjiaba are calculated and analyzed under different discharge conditions. The effects of different hole opening, surface hole opening and combined discharge of surface hole on the main vibration source are analyzed. Based on the identification of main vibration sources, effective dispatching measures and engineering measures are proposed.
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV135

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本文编号：1599472