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水利樞紐廠壩隔（導）墻流激振動與結構優化研究

成果的背景及主要用途：導墻或隔水墻這種輕型薄壁結構受到脈動壓力的交變作用，導致結構物疲勞破壞和強烈振動的危險性，是一個現實的問題，應引起水工結構設計人員的充分重視，也是水利工程研究的一個重要課題。天津大學 1996 年至 2000 年先后開展了中國長江三峽工程開發總公司委托的“三峽水利樞紐廠壩隔（導）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）墻的優化研究”（CT-98-22-5）的科研項目；2002 年至 2003 開展了中國水電顧問集團中南勘測設計研究院委托的“向家壩水電站消力池底板和導(隔)墻結構水彈性模型試驗研究”項目；2004 開展了“三峽導墻振動的原型觀測研究”。通過這些項目的研究工作，對導墻結構的流激振動和結構優化開展了系統的實驗研究、理論分析和原型觀測，提出的創新性成果在工程中得到應用，取得了顯著的社會和經濟效益。技術原理與工藝流程簡介：對于導墻結構流激振動響應往往是其結構設計的控制條件，其結構的安全和結構優化設計與流激振動響應關系密切。但由于泄洪振動的復雜性，即激振源、脈動荷載時空相關和流固耦聯效應的復雜性，通過單純的水力模擬和數值計算難以正確確定導墻流激振動的響應。而采用泄洪激振的水彈性實驗模擬可以很好的解決這一問題。水彈性模型是對“結構——水體——地基——動荷載”四位一體的流固振動系統的模擬，它可以同時滿足“動荷載”輸人系統相似和結構系統動力響應相似，即滿足水力學條件和結構動力學條件相似。通過水彈性模擬實驗研究導墻結構流激振動的一般規律，建立相應的理論計算模型，開展原型觀測，提出導墻結構安全評價的指標以及安全監測、健康振動的理論分析方法，并通過原型觀測來驗證。技術水平及專利與獲獎情況：該項成果達到國際先進水平。應用前景分析及效益預測：針對三峽工程導墻從水流條件和結構靜動力條件兩個方面來進行三峽工程導墻泄洪振動及優化研究，研究成果已在工程建設中得到應用、實施，節省投資約 4000 萬元，效益明顯。開展了向家壩水電站消力池導(隔)墻結構水彈性模型研究，優化了兩個導(隔) 墻體型。該研究成果對向家壩導(隔)墻的泄洪振動響應及其整體穩定性提供了科學的評價依據，為工程建設提供了一個強有力關鍵的技術支撐，相關成果已被設計采用。結合導墻結構原型觀測，應用提出導墻流激振動的反分析方法，可為導墻安全運行監測和健康診斷提供了理論依據和技術平臺，這種理論方法和技術手段對其他泄洪消能建筑物的安全監測和健康診斷、實時預警都有廣泛的應用前景。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測。應用領域：水利水電工程設計和運行管理。合作方式及條件：技術服務。

天津大學 2021-04-11

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