水工鋼閘門(mén)振動(dòng)現象及振動(dòng)特性分析

　　摘要鋼閘門(mén)是水工建筑物一個(gè)十分關(guān)鍵的結構部分。目前,從閘門(mén)失事的調查結果來(lái)看,振動(dòng)是造成事故發(fā)生的主要原因。從閘門(mén)振動(dòng)的自身特點(diǎn)出發(fā),具體分析閘門(mén)振動(dòng)的機理以及閘門(mén)振動(dòng)的振源情況和處理方式,以為避免振動(dòng)給閘門(mén)帶來(lái)的不良影響提供。
　　關(guān)鍵詞閘門(mén)振動(dòng);振動(dòng)特性;振動(dòng)源;應對措施 　　
　　水工閘門(mén)對于整個(gè)水工建筑物有著(zhù)極為重要的作用,多數閘門(mén)在啟動(dòng)、關(guān)閉狀態(tài)下都會(huì )出現不同程度的振動(dòng)情況,遇到振動(dòng)較大的情況時(shí),需要對其進(jìn)行深入研究,并制定相應的緊急應對措施,這樣才能將振動(dòng)造成的不利影響控制在最小范圍內,否則將會(huì )對閘門(mén)產(chǎn)生巨大的破壞。
　　1閘門(mén)的振動(dòng)機理
　　引起閘門(mén)振動(dòng)的原因是多方面的,情況較為復雜。而根據專(zhuān)家們提出的理論認為,導致振動(dòng)出現的主要原因是動(dòng)水作用的不均衡,從閘門(mén)與動(dòng)水互相接觸的那一刻開(kāi)始,振動(dòng)現象則隨之出現[1-2]。
　　閘門(mén)結構面對各種形式的作用力,其出現的振動(dòng)特點(diǎn)也是不一樣的[1]。很多情況下,閘門(mén)的作用力指的都是其結構的外力,也存在著(zhù)另外一種情況,就是閘門(mén)自身的結構或與附近質(zhì)的運動(dòng)保持相互作用。當閘門(mén)受到多種作用力時(shí)則將對閘門(mén)系統做功,而輸入能量對阻尼耗能填補后能夠使得系統出現持續性的振動(dòng)[3]。
　　在流激振動(dòng)方面進(jìn)行分析研究,世界各國建筑專(zhuān)家及設計師們將流激振動(dòng)分為3種:
　　(1)外部誘發(fā)振動(dòng)(微幅隨機振動(dòng))。這種振動(dòng)的引起因素是因為水流自身存在著(zhù)很大的波動(dòng)性,導致脈動(dòng)壓力的出現而引起振動(dòng)。
　　(2)穩定性差導致的振動(dòng)。這種振動(dòng)是由于水流的不穩定性及反饋機制共同形成了外力的作用而造成的,這些和振動(dòng)內部結構有著(zhù)十分密切的關(guān)系,不穩定反饋機制涉及到流體動(dòng)力學(xué)中的流體共振或物體共振。
　　(3)運動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)(自激振動(dòng))。這種振動(dòng)的引起因素是閘門(mén)自身結構的誘發(fā)力,它與物體共振反饋的不穩定振動(dòng)之間不存在準確地區分,此種振動(dòng)隨著(zhù)結構運動(dòng)消失而消失。
　　2閘門(mén)振動(dòng)振源情況與處理方式
　　要想避免振動(dòng)的發(fā)生,就需要對造成振動(dòng)的原因進(jìn)行準確的分析,這樣才能找出合適的處理措施[2]。根據水力條件的各種情況可以把振源分成以下幾個(gè)因素:
　　(1)弧形閘門(mén)止水漏水因素。這類(lèi)發(fā)生在止水上的脈動(dòng)壓力會(huì )使得止水發(fā)生振動(dòng),當漏水量過(guò)大時(shí)使得閘門(mén)頂止水射出的水流不斷拍打門(mén)葉背后的梁格,最后引起閘門(mén)的振動(dòng)。針對這些情況應該對工程進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化,以確保止水具備良好的密封性。對止水位置、材料、尺寸進(jìn)行合理的規劃安排,促進(jìn)止水與止水座板的緊密接觸,以防止閘門(mén)在漏水停止后出現振動(dòng)。
　　(2)波浪沖擊閘門(mén)因素。當閘前水位接近胸墻周?chē)鷷r(shí),其上游具備較大風(fēng)浪作用時(shí)會(huì )在胸墻底部和弧門(mén)露出水面部分范圍內造成封閉氣囊,空氣受到壓縮,導致很大的氣囊沖擊壓力,對弧門(mén)的安全造成沖擊,在這種沖擊作用下引起了振動(dòng)。為避免這一情況的出現,應該在閘門(mén)上游裝置防浪柵、浪排,以防止波浪給閘門(mén)造成較大作用。對胸墻底部裝置通氣管時(shí)能夠在正常泄流時(shí)發(fā)揮出較好的作用,能夠有效避免閘門(mén)出現振動(dòng)[3]。
　　(3)平面閘門(mén)的底緣型式因素。根據實(shí)踐經(jīng)驗得出,在平面閘門(mén)中使用水平底緣常常出現水力條件達不到要求的問(wèn)題,這就不斷增加了閘門(mén)啟閉的難度,尤其是在造成起動(dòng)水脈動(dòng)壓力出現后出現空蝕,以上現象都是閘門(mén)出現振動(dòng)的關(guān)鍵因素�？刹扇∫韵麓胧┻M(jìn)行防止:閘門(mén)底緣的設計需要注重刀刃形底緣及挑出的角度,最佳情況是將閘門(mén)底緣上游傾角、下游傾角分別控制在45°、30°以上,這樣才能保證泄流時(shí)底緣流線(xiàn)的有效進(jìn)行且阻礙閘門(mén)振動(dòng)的發(fā)生;時(shí)刻保持閘門(mén)開(kāi)度大于底部主梁寬度,以此來(lái)防止形成小開(kāi)度的強振區。

　　(4)平面閘門(mén)門(mén)槽空蝕因素。平面閘門(mén)是十分常見(jiàn)的門(mén)型,在高速水流通過(guò)閘孔時(shí),由于門(mén)槽段的邊界出現變化而導致局部壓力降低后出現了空穴現象,以致于形成空蝕破壞的問(wèn)題。在這期間出現空蝕時(shí)則會(huì )造成閘門(mén)發(fā)生激烈的振動(dòng),影響到了閘門(mén)的安全運行。在遇到不的槽型式時(shí)需要根據詳細的標準進(jìn)行調整。
　　(5)閘后淹沒(méi)水流引起振動(dòng)因素。閘門(mén)在一定開(kāi)度下泄流過(guò)程中造成的流水情況常常會(huì )不定期地給閘門(mén)造成影響,而閘門(mén)在水流強烈的脈動(dòng)壓力下很容易出現振動(dòng)現象,這類(lèi)振動(dòng)主要是隨機荷載下出現的振動(dòng),具有強迫性[4]。這就需要操作在運行時(shí)學(xué)會(huì )改變運行條件,避免閘門(mén)受到淹沒(méi)水躍的影響,盡可能保持閘后水流處于良好的狀態(tài),這就從根本上控制了低振動(dòng)的發(fā)生。在防止淹沒(méi)水躍時(shí),則需要增加閘門(mén)懸吊結構及支承結構的剛度。
　　3
　　[1] 潘錦江.閘門(mén)振動(dòng)問(wèn)題探討[J].水利水電科技進(jìn)展,2001,21(6):21-39.
　　[2] 嚴根華.水動(dòng)力荷載與閘門(mén)振動(dòng)[J].水利水運工程學(xué)報,2001(2):10-15.
　　[3] 周峰,侍克斌,馬亮,等.勝利水庫平面鋼閘門(mén)水壓加重結構的應用[J].南北水調與水利科技,2009(5):55-56,72.
　　[4] 練繼建,彭新民.水工閘門(mén)振動(dòng)穩定性研究[J].天津大學(xué)學(xué)報,1999, 32(2):171-176.

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