基于泄流激勵(lì)的水工結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)反問(wèn)題研究.pdf

1、隨著水利水電工程高水頭、大流量泄水建筑物的大量興建及工程結(jié)構(gòu)趨于輕型化，水流誘發(fā)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題將會(huì)更加突出，嚴(yán)重情況下就有可能造成結(jié)構(gòu)損傷，甚至結(jié)構(gòu)功能的失效。因此，開(kāi)展基于泄流振動(dòng)響應(yīng)的水工結(jié)構(gòu)損傷診斷與健康監(jiān)測(cè)研究，對(duì)于保障泄流結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。本論文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)泄流激勵(lì)下的典型水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下三個(gè)方面的反問(wèn)題研究：
　　 (一)泄流激勵(lì)下水工結(jié)構(gòu)工作模態(tài)參數(shù)辨識(shí)研究。針對(duì)原型動(dòng)力試驗(yàn)激勵(lì)難的問(wèn)題，本文結(jié)合

2、環(huán)境激勵(lì)的特點(diǎn)，直接根據(jù)水工結(jié)構(gòu)在工作環(huán)境激勵(lì)作用下的動(dòng)力響應(yīng)去識(shí)別結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。(1)提出一種利用特征矩陣奇異熵增量對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)定階及對(duì)工作模態(tài)參數(shù)辨識(shí)的ERA方法，解決了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)定階難的問(wèn)題，揭示了結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的模態(tài)階次及模態(tài)特性；(2)在SSI方法的基礎(chǔ)上，提出用“三步法”流程對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行更為精確識(shí)別。即第一步，用奇異熵增量對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定階，使得定階的界線更加清晰和穩(wěn)定；第二步，利用改進(jìn)的穩(wěn)定圖對(duì)虛假模態(tài)進(jìn)行剔除，

3、使得參數(shù)識(shí)別的結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠；第三步，將各階模態(tài)參數(shù)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行平均處理，最終得到更為精確的識(shí)別結(jié)果；(3)對(duì)拉西瓦拱壩水彈性模型(1:100)、三峽溢流壩及其左導(dǎo)墻進(jìn)行了大規(guī)模全面的正常運(yùn)行狀態(tài)下的振動(dòng)測(cè)試，并將本文提出的基于泄流激勵(lì)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別理論應(yīng)用到上述大型水工結(jié)構(gòu)的工作模態(tài)參數(shù)識(shí)別中，對(duì)其工作性態(tài)進(jìn)行評(píng)估。
　　 (二)泄流激勵(lì)下高拱壩振源時(shí)域識(shí)別研究。高壩泄流誘發(fā)壩體振動(dòng)的振源識(shí)別一直是水利界所關(guān)心的課題之一。在

4、對(duì)水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全評(píng)估時(shí)，有必要通過(guò)有限個(gè)測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，反分析作用于整個(gè)結(jié)構(gòu)的激振源特性。本文在小波理論、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)及隨機(jī)振動(dòng)理論的基礎(chǔ)上，提出了一種基于小波正交算子變換的多振源反分析方法，并結(jié)合水工結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，探討了進(jìn)行振源識(shí)別時(shí)所需注意的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。以拉西瓦拱壩水彈性模型為研究對(duì)象，通過(guò)有限個(gè)測(cè)點(diǎn)的動(dòng)位移實(shí)測(cè)值，反分析各等效激勵(lì)荷載時(shí)程，進(jìn)而對(duì)拉西瓦拱壩的流激振動(dòng)進(jìn)行全面評(píng)估，為拱壩結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和損傷診斷提供了基礎(chǔ)。
　

5、　 (三)泄流激勵(lì)下水工結(jié)構(gòu)損傷診斷研究。鑒于國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)基于泄流振動(dòng)響應(yīng)的導(dǎo)墻及弧形閘門(mén)結(jié)構(gòu)的損傷診斷研究尚處于空白，本文對(duì)這兩類結(jié)構(gòu)進(jìn)行了如下研究：(1)提出了基于泄流振動(dòng)響應(yīng)的導(dǎo)墻損傷診斷方法，該方法較以往采用長(zhǎng)期靜態(tài)位移觀測(cè)方法，可以更及時(shí)、準(zhǔn)確地識(shí)別結(jié)構(gòu)的整體安全性態(tài)，有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)；以某大型水電站導(dǎo)墻為研究背景，進(jìn)行了基于泄流振動(dòng)響應(yīng)的損傷診斷，并提出了該導(dǎo)墻的頻率安全監(jiān)控指標(biāo)。(2)以嘉陵江新政航電工程表孔雙斜支臂弧形閘