钢闸门在启门荷载作用下的动力响应_论文

第2 04 14 卷8 第 年 12 期 月 S山HANXI西ARC建HITEC筑TURE JVano.l.442N01o8.2 ? 49 ? 文章编号:1009-6825 (2018)02-0049-02 钢闸门在启门荷载作用下的动力响应 赵芳兴王浩 (天津市市政工程设计研究院,天 津 300392) 摘要:为了解水工钢闸门在日常启闭过程中对受到非 线 性 作 用 力 的 动 力 响 应 ,获 取 闸 门 的 固 有 频 率 、振型模态特性以及在外荷 载 作 用 下 的 振 动 频 率 。 以 某 水 闸 的 钢 闸 门 为 研 究 对 象 ,根 据 闸 门 的 实 际 结 构 建 立 三 维 模 型 ,实 际 监 测 的 启 门 力 数 据 作 为 已 知 荷 载 ,通过有限元分析得到:闸 门 的 第 1 阶固有频率较低,低阶模态的振型是闸门沿竖直方向的整体振动和闸门的弹性变形振动;虽 然 闸 门 在 启 门 力 作 用 下 的 振 动 频 率 小 于 闸 门 的 固 有 频 率 ,但 仍 应 该 注 意 闸 门 运 行 管 理 的 规 范 化 ;运 行 过 程 中 闸 门 顶 部 和 底 部 的 振 幅 较大,中部的振幅较小。 关 键 词 :平 面 闸 门 ,数 值 模 拟 ,启 门 力 ,动力响应 中图分类号:TV131.2 文献标识码:A 闸门是水工建筑物中用于挡水和泄水的重要组成部件。而 |,( 〇 ^ rex l 的加速度列向量。 平 面 钢 闸 门 具 有 结 构 简 单 、维 修 方 便 等 优 点 而 被 广 泛 应 用 。 闸门 振 型 分 解 法 是 一 种 求 解 动 力 响 应 的 方 法 。振 型 分 解 法 是 建 的振动是水利工程中普遍存在的问题,可 引 起 金 属 构 件 的 疲 劳 , 立在振型正交性及展开定理基础上的一种求解动力响应的近似 导致闸门产生很大的永久变形,并且闸门振动对水工建筑物的正 方 法 ,它 将 原 来 耦 连 的 微 分 方 程 组 变 为 许 多 相 互 独 立 的 微 分 方 常运行造成一定的影响,严重的闸门振动有可能导致水工建筑物 程 ,从而求得多自由度体系的动力计算转化为许多个单自由度体 的失事。对于闸门振动的研究工作,国 外 早 在 2 0 世 纪 3 0 年代就 系的问题,在 求 得 了 各 单 自 由 度 体 系 的 解 后 ,再将各个解进行组 已开始,我国对这方面的研 究 工 作 起 步 较 晚 ,但在我国科 研 工 作 的辛勤付出下,并 随 着 计 算 机 技 术 的 发 展 ,我国对闸门振 动 的 研 究也取得了很大的成果。严 根 华 [1]通过实验模态分析和有限元 计 算 分 析 了 闸 门 结 构 的 随 机 振 动 响 应 ,提 出 优 化 闸 门 的 结 构 特 性 可有效的提高闸门的抗振性能。徐 振 东 等 [2]通过钢闸门的数值 分 析 ,考 虑 了 流 固 耦 合 而 引 起 “附 加 质 量 ”对闸门 自 振 特 性 的 影 响 ,对闸门的自振频率和振型模态进行了分析。Huifeng X ue等 [3] 通 过 对 虹 吸 管 平 面 闸 门 振 动 的 监 测 和 分 析 ,认 为 运 行 工 况 对 闸 门 的振动有很大的影响,闸 门 的 振 动 是 瞬 态 的 并 且 是 宽 频 带 的 ,并 认 为 动水垂直力对闸门的振动有非常大的影响。徐 国 宾 等 [4]分 析了在不同底缘形式和不同启闭速率在启闭过程中对动水垂直 力 的 影 响 及 动 水 垂 直 力 在 闸 门 启 闭 过 程 中 的 变 化 规 律 。董淑 芳 [5]等认为闸门振动主要是由水越表层大尺度涡旋,上下摆动往 复 撞 击 闸 门 ,从 而 诱 发 闸 门 共 振 引 起 的 。 以 上 的 研 究 阐 述 了 在 不 2合 ,从而求得多自由度体系的动力响应。 模型建立 以某平面钢闸门为例,闸 门 尺 寸 为 10 m x 7.96 m ,采用后倾 角式底缘布置形式,向 下 游 倾 角 为 30°,由 上 节 叶 和 下 节 叶 组 成 , 上 下 游 均 为 面 板 平 面 结 构 ,上 下 游 面 板 间 为 型 钢 工 字 梁 。建 立 数 y 值 模 型 时 ^方 向 为 顺 水 流 方 向 ,以指向下游为正向; 向为竖直 P 方 向 ,以指向上方为正向 向 为 垂 直 水 流 方 向 ,以指向右岸为正 向 ,三维模型图略。闸 门 的 上 下 游 挡 水 面 板 采 用 三 维 壳 体 单 元 , 闸门的主梁、底 梁 、隔板采用梁单元。所 建 立 的 有 限 元 模 型 如 图 1 所示。门体钢材等级为Q345,弹 性 模 量 ?:= 206 GPa,泊 松 比 M = 〇.300,密度 p = 7 850 kg/m3。 UMES E NUM 同动力荷载作用下的钢闸门的动力响应以及振动的减小措施。 然 而 对 于 闸 门 在 开 启 过 程 中 ,由 于 摩 擦 力 的 非 线 性 变 化 引 起 的 闸 门 的 振 动 ,学 者 对 这 方 面 的 研 究 还 不 足 。本 文 根 据 对 某 水 闸 的 启 闭力监测资料及其工程资料,运用 有 限 元 软 件 ,建 立 有 限 元 模 型 , 通过对边界条件的简化,进 行 模 型 的 数 值 模 拟 ,得到闸门在启闭 1力作用下的动力响应。 结构在动力荷载作用下的振动求解 用 有 限 元 法 也 可 以 分 析 结 构 振 动 问 题 以 及 动 态 响 应 问 题 ,即 在 动 荷 载 下 结 构 的 应 力 、变 形 问 题 。动 力 问 题 的 有 限 元 法 也 同 结 构 静 力 学 问 题 一 样 ,要 把 结 构 离 散 为 有 限 个 单 元 体 。不 过 此 时 在 考 虑 单 元 特 性 时 ,结

相关文档

电脑版