飞来峡溢流坝泄流振动响应优化方案

飞来峡水利枢纽位于广东省清远市清新县飞来峡镇，控制集水面积34097km2，占北江大堤防洪控制站石角站集水面积的88.8%，水库设有13.36亿m3的防洪库容、500t级船闸、14万k W电站装机容量，兼有防洪、航运、发电、改善生态与环境等多项功能。溢流坝是飞来峡水利枢纽的重要组成部分之一，主要是调节上、下游水位、泄放流量，担负着防洪、挡水发电灌溉、排除泥沙及其他飘浮物功能。通过建立泄流振动的1∶50水弹性实验模型。根据实验要求，取溢流坝的三个闸孔，包括：一个隔墙坝段，两个整闸墩和两个一半的闸墩。下面对该溢流坝水弹性模型（图11.51）的泄洪响应进行分析，图11.52为结构水弹性模型测点布置图。

图11.51　水弹性实验模型图

图11.52　溢流坝系统水弹性模型布置图（表示动应力测点）

溢流坝水弹性模型实验选定以下三种工况：①相当于1%频率的洪水，泄流量15000m3/s，上游水位28.20m，下游22.50m，16孔均匀局部开闸工况；②相当于0.5%频率洪水，泄流量15000m3/s，上游水位30.79m，下游水位22.05m，13孔均匀局部开闸工况；③相当于0.33%频率的洪水，泄流量16000m3/s，上游水位为31.17m，下游水位为22.40m，16孔闸门均匀局部开闸工况。

1.加速度和位移响应

测试点取闸墩1上的5和17点（X方向），闸墩2上的45和57点（X方向），胸墙1上的92点（Y方向），胸墙2上的104点（Y方向），隔墙上的109和110测点（X方向）。测试对象为上述8点，结果见表11.6。表中数值为模型实测均方根值，结果表明：

表11.6　位移、加速度响应数值

（1）最大位移响应为工况2，位置为闸墩2的5X测点，其次是工况3的5X测点，较小者为工况1，最大位移点仍为5X点。(www.xing528.com)

（2）除5X测点外，位移响应较大的位置就是隔墙顶部，响应大小次序和工况亦相同。

（3）在加速度响应方面，最突出的位置是隔墙顶部，其最大均方根将接近0.1g，另外刚度较大的胸墙92和104测点也是比较显著的。

2.闸墩和隔墙的动应力特性

动应力采用电阻应变片测量，测点布置如图11.52所示，所选择的测点位置都是闸墩和隔墙在泄洪时振动位移最大部位的底部。测试结果见表11.7，表中数值为考虑疲劳效应的可能应力最大值。经分析得出以下成果：

表11.7　动应力测试结果表单位：kPa

（1）闸墩和隔墙底部由泄洪引起的动应力与泄洪水流流态密切相关。

（2）采用大单宽泄洪可避免水流波动和旋滚对闸门的拍击，降低闸墩的动应力值，但旋滚不能完全脱离闸室，其动应力仍不减小。

（3）闸墩底部最大动应力可达484.1k Pa，该值大于闸墩自重引起的压应力（估计为447.3k Pa）。

（4）弧形闸门支铰位于闸墩动位移较大的部位，泄洪时会引起闸门系统的振动，因此，闸门的安全应引起重视。