官地水垫塘底板泄洪振动响应特性研究.doc

官地水垫塘底板泄洪振动响应特性研究水工建筑物的安全监测与健康诊断是当今水利界的热点研究课题，特别是近年来随着坝高的不断加大，高坝泄流结构（特别是直接承受泄洪能量的水垫塘底板）在高水位、大流量运行状态下的安全问题一直是水利工程设计、施工以及运行管理过程中重点关注的问题。高坝泄流建筑物特别是水垫塘底板的可靠性与安全性对于维持社会稳定，构建安定和谐的社会环境有着重要的影响。研究水垫塘底板在泄洪运行状态下的振动特征是对其进行安全监测和安全评价的前提。本文针对官地水电站水垫塘底板在泄洪状态下的振动问题，取得了以下几个方面的创新研究成果：（一）水垫塘底板泄洪振动的幅值频域特性研究。结合官地水电站汛期底板泄洪振动的原型观测成果，重点分析了不同运行工况下底板结构振动响应的强度特征、振动过程变化特征，以及泄洪开孔方式、泄流量对底板振动强度的影响；应用现代谱估计方法，对底板的泄洪振动信号进行谱分析，研究了官地水垫塘底板泄洪振动的主频分布规律；根据统计学原理，对官地水电站水垫塘底板泄洪振动信号的正态性等数理统计特征进行了分析。（二）水垫塘底板泄洪振动的相关性特征研究。根据相关性原理和相关分析方法，建立了底板泄洪振动的相关性指标——相关尺度，计算了底板不同位置两点之间的相关系数，研究了底板在不同运行工况下的各个测点之间两点相关和自相关性的变化规律以及水垫塘内横向和纵向相关尺度的变化规律，在此基础上研究了泄洪工况及流量对底板泄洪振动整体性的影响。（三）底板泄洪振动响应的有限元数值模拟预测研究。基于有限元原理和计算方法，在ANSYS中建立官地水垫塘底板的有限元模型，采用模型试验中实测的水流压力荷载通过模型比尺换算后加载到有限元模型上，对不同泄洪工况下底板的振动位移进行了动力响应数值模拟预测计算，并对预测结果进行了分析。（四）水垫塘底板的稳定性与安全监测预警指标的研究。在研究平底板失稳破坏过程的基础上，针对传统平底板稳定计算模式和计算指标的不足，提出了改进的水垫塘底板安全监测的结构动力学指标。在综合原型观测成果，结合模型试验、数值模拟预测结果的基础上，借鉴其他工程经验，提出了官地水垫塘底板各安全预警等级下各个监测指标的范围。