底流消能诱发泄洪闸闸墩振动问题分析和减振措施研究

底流式泄洪闸在大流量泄洪时常伴随着闸墩剧烈振动。针对泄洪闸闸墩振动问题,以某水电站为例,基于水弹性物理模型试验和原型观测,提出改善闸墩结构和优化水库调度方案的两种减振措施。物理模型试验为研究闸墩振动提供了数据支撑,而原型观测结果验证了模型试验的可靠性。结果表明:当泄流量为5400 m^(3)/s时,通过优化水库调度,采用“低孔+表孔”联合泄洪的方式,表孔的泄流量从单独泄洪时的5400 m^(3)/s转变为联合泄洪时的低孔泄流量3481 m^(3)/s+表孔泄流量1919 m^(3)/s,表孔闸墩的振动位移标准差可从182.3μm减小到51.7μm,振动削减效果为71.6%;当表孔泄流量为10030 m^(3)/s时,通过对闸墩进行加固,闸墩的振动位移标准差可由288.8μm减小到129.6μm,振动削减效果为55.1%。

水-空气耦合介质中冰载荷对闸墩的撞击影响研究

西北干寒地区长距离输水工程中河道修建的闸墩受到冰载荷撞击破坏,为确保冬季安全稳定供水,需进行冰载荷对闸墩撞击破坏力学特性研究。该文采用任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合(fluid structure interaction, FSI)方法模拟不同碰撞工况下冰体楔入闸墩碰撞过程,并通过对比实验,验证了冰材料模型参数和ALE算法的适用性,分析了网格尺寸对撞击力的影响。研究结果表明:计算得到冰载荷对闸墩撞击力极值与实验值具有良好的吻合性,表明该模拟所采用的冰材料模型参数、ALE算法和网格尺寸能够较准确模拟冰载荷对闸墩的作用力;闸墩损伤变形与冰排破损主要集中在碰撞接触区,接触区撞击力大小受到“水垫效应”的影响,空气介质对撞击力影响较小;不同冰厚和冰速工况下撞击力时程曲线呈现“Sawtooth”(上下波动)现象,撞击力加载-卸载时间较短;冰排楔入闸墩的过程中,撞击力极值出现在0°正碰接触区,在冰速1.2 m/s~3.0 m/s范围内,撞击力逐渐减小,在不改变冰速工况下,随着冰厚的增加,墩体结构响应越大,冰速和冰厚两种影响工况下闸墩顶端位移均为周期性振动。其仿真结果拟为西北干寒地区冰期河道中墩体结构安全提供指导。

水闸除险加固工程结构应力分析

为了探究拦河闸除险加固工程中闸室结构的受力情况,以海塘安澜工程胜利长胜塘水闸为例,提出除险加固方案,并对方案进行受力分析。首先,对拦河闸现状进行分析,并对拦河闸提出除险加固方案;然后,基于水体的参数计算和拦河闸的整体分析,对拦河闸闸室结构在除险加固工程中的受力情况进行分析。最后,利用ANSYS有限元软件,对拦河闸闸室进行应力分析,验证分析方法的有效性。研究结果可为拦河闸除险加固工程中闸室结构应力分析提供新的思路。

基于ABAQUS的闸室结构整体抗震安全分析——以箭杆河南彩节制闸为例

抗震安全是水闸结构安全中的重要组成部分,对水闸进行抗震安全复核十分必要。以北京市顺义区南彩节制闸为研究对象,基于ABAQUS三维有限元分析软件,采用振型分解反应谱法对闸室结构整体抗震安全进行有限元复核分析计算。计算结果表明:在正常蓄水工况地震作用下,闸室最大拉应力及压应力均出现在闸墩与排架柱连接处,分别达到6.70 MPa和7.74 MPa,结合工程现场结构配筋考虑,结构满足安全需求。不同工况作用下,闸室结构抗滑稳定安全系数大于水闸设计规范要求值,满足安全需求。

基于BIM和图像识别技术的水闸闸墩浇筑高度识别方法

水利工程施工进度不仅影响工程建设成本,还可能因度汛问题影响工程安全。基于BIM技术和图像识别技术提出了一种虚实结合的闸墩浇筑高度识别方法。利用BIM技术建立闸墩虚拟模型,可得到不同闸墩浇筑高度的虚拟图像数据集;采用改进后的深度学习算法Vision Transformers对闸墩浇筑高度虚拟数据集进行训练学习,得到能够识别闸墩浇筑高度的识别模型;在实验室建立闸墩真实模型,模拟不同闸墩浇筑高度,利用摄像机获取闸墩不同浇筑高度实景图像,再利用经过训练的识别模型对实景图像进行验证。结果表明,所得模型能够精准识别闸墩浇筑高度的实景图像。该方法可推广应用于水利工程主体建筑物的真实施工进度识别,也可为数字孪生水利工程建设提供支撑。

截排水沟设计流量最佳断面计算系统的设计与应用

为提高水土保持方案编制中截排水沟工程专项设计的质量,破解基本参数缺失、取值错误、计算不准确等问题,文章以实现截排水沟工程相关参数自动计算为目标,借助JAVA编程语言,通过系统架构、流程设计、数据库设计等一系列建设,开发完成截排水沟设计流量最佳断面计算系统,实现截排水沟工程相关参数的查询、计算、比对等功能,可以快速校验和查错,且显著提高计算准确性,在水土保持方案编制、审查等应用场景中具有重要的使用价值。

基于ADINA的跌水闸闸室结构抗震安全评价分析

针对传统水闸闸室抗震安全评价缺乏定量分析、评估周期长等缺陷,提出基于ADINA的有限元分析方法,客观评价闸室结构抗震性能。通过了解ADINA应用特点,结合实例,建立跌水闸闸室三维有限元模型,进行地震动响应计算分析,评价闸室抗震性能。实例分析结果表明,该水闸闸室结构抗震安全性达标,但需在较大拉应力区采取抗震加固措施,闸室抗震等级评定为B级。

注莲塘闸抗滑稳定及防渗分析

文章基于AutoStable和AutoBank软件,对南陵注莲塘闸进行抗滑稳定和防渗分析。考虑闸室自重、上下游水压力、闸室及启闭设备集中荷载、交通桥均布荷载等的影响,通过分析作用于闸底板的扬压力,继而对闸室的抗滑稳定系数进行计算;通过具体定量分析,注莲塘闸在设计工况和最不利工况下抗滑稳定系数等符合规范要求;通过渗流稳定分析,水闸的水力坡降满足地勘资料允许值。注莲塘闸的抗滑稳定及抗渗分析为其后续的安全运行提供了保证,也为其他水闸的抗滑稳定及防渗分析提供一定借鉴。

基于有限元模拟的碾盘山水利枢纽泄水闸结构分析

随着越来越多的大尺寸、高水头水工建筑物陆续投入运行,其在适应特殊地形地质条件的同时,常规结构型式应力、位移过大等问题也日益突出。本文以碾盘山水利枢纽泄水闸为研究对象,利用ANSYS有限元软件,对泄水闸常规结构型式及优化后结构型式分别进行分析计算,计算结果表明,半框架结构能有效减小大尺寸、高水头泄水闸的应力和位移,可为类似泄水建筑物结构设计参照。

管预埋结合荷载损失分析的泄水闸闸墩施工技术

泄水闸闸墩施工技术直接关系到水利工程的安全性和可持续性。针对泄水闸修建中闸墩施工问题,研究一种管预埋结合荷载损失分析的施工技术,选取无缝钢管作为预埋管进行施工,使用后浇后张法安装钢管,建立泄水闸的三维模型进行荷载损失分析,设计闸墩施工流程。结果显示,采用研究方法进行单个闸墩施工的开销总计仅为5368.64元,表明研究方法能够有效提升泄水闸闸墩施工质量并减少施工开销。

现代主义建筑风格在水利工程外观改造设计中的应用

以石马河节制闸改造工程为例,应业主需求设计水闸外观,通过不同方案比选,最终采用现代主义建筑风格,运用普通的钢筋混凝土框架结构技术手段,在原有的梁板柱结构的基础上进行立面造型设计,材料上选择钢龙骨干挂铝合金型材、外墙涂料等普通的建筑材料,减低造价成品和施工难度,具有鲜明的色彩和体量,视觉效果突出,该水闸成为河道附近区域的标志性建筑。

水平软弱土层对水闸闸室不均匀沉降影响

结合具体工程建立水平软弱土层上的水闸闸室三维有限元模型,分析结果表明:分洪工况下闸室不均匀沉降程度最严重;软弱土层在一定程度上加剧了不均匀沉降,并且当其接近灌注桩端部时,可能导致最大不均匀沉降差超过限值;灌注桩-土体间摩擦系数与不均匀沉降位移间成反比,闸室底板-土体间摩擦系数几乎不影响整体沉降变形。

基于结构有限元分析的水闸健康监测及除险加固设计研究

水闸闸墩裂缝问题已经严重影响水工建筑物结构稳定和安全。以某裂缝群力闸为对象,对其进行健康监测和除险加固设计,并以ANSYS Workbench有限元计算软件进行仿真分析。结果表明,裂缝宽度与其水面接触情况相关,加固措施下的闸墩和内部灌浆材料在降幅温度差幅为4℃时的最大拉应力分别为0.45和0.08MPa,钢板结构能较好满足抗拉强度。研究提出的设计思路能为裂缝水闸的运维安全提供参考依据,保障水利工程的正常维护。

地基上水闸闸室结构性稳定分析研究

为了提高闸室结构的稳定性,研究建立三维有限元模型,分析天然地基和复合地基水闸闸室的应力沉降,同时分析闸室结构稳定性产生的影响。结果显示,复合地基相较于天然地基,闸室最大沉降量显著减小。在没有进行地基处理时,水闸闸室的最大竖向位移量为162.9mm;进行地基处理后的水闸闸室最大竖向位移量为36.19mm。两者相比,最大竖向位移减小77.8%。研究表明,复合地基可以有效提高闸室结构的稳定性,可为实际水闸工程提供实用参考。

基于ABAQUS的水闸闸室结构三维有限元分析

为研究某水闸运行多年后的实际状态,采用ABAQUS分析软件建立了由闸底板、闸墩及桩基础等部分组成的水闸闸室三维有限元计算模型,并对水闸闸室不同工况下的应力及变形进行了计算分析。研究表明:在不同工况荷载作用下,水闸底板和闸墩的应力均小于混凝土设计标准值,中墩变形量大于边墩,但各向位移均小于3cm;桩基础顶水平位移大于两侧边墩,最大值为0.414mm,两项结果均能满足规范及设计要求。本案例分析为确定类似水闸闸室结构的安全分析提供了新的方法。

小型水闸地基处理及闸室稳定复核分析

水利工程是我国的基础建设工程,事关民生和经济发展,其中水闸的应用较为广泛,建设标准也不断提高。水闸竣工时,地基所受的压力最大,沉降也较大,特别是不均匀沉降,会使闸室倾斜,影响水闸的正常运行。水闸在运用期间,受水平推力的作用,有可能沿地基面或深层滑动。因此,对水闸闸室的稳定性分析是很有必要的,结合工程实例对水闸稳定性进行分析计算和总结。

基于GPR代理模型和GA-APSO混合优化算法的软基水闸底板脱空反演

软基水闸底板脱空是水闸在长期服役期间受水流侵蚀等环境因素影响所产生的一种危害极大且难以察觉的病害。由于其病害部位于水下,传统方法难以检测,该研究提出一种基于高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)代理模型和遗传-自适应惯性权重粒子群(genetic algorithm-adaptive particle swarm optimization,GA-APSO)混合优化算法的水闸底板脱空动力学反演方法,用于检测软基水闸底板脱空。首先,构建表征软基水闸底板脱空参数和水闸结构模态参数之间非线性关系的GPR代理模型;其次,基于GPR代理模型与水闸实测模态参数建立脱空反演的最优化数学模型,将反演问题转化为目标函数最优化求解问题;最后,为提高算法寻优计算的精度,提出一种GA-APSO混合优化算法对目标函数进行脱空反演计算,并提出一种更合理判断反演脱空区域面积和实际脱空区域面积相对误差的指标—面积不重合度。为验证所提方法性能,以一室内软基水闸物理模型为例,对两种不同脱空工况开展研究分析,结果表明,反演脱空区域面积和模型实际设置脱空区域面积的相对误差分别为8.47%和10.77%,相对误差值较小,证明所提方法能有效反演出水闸底板脱空情况,可成为软基水闸底板脱空反演检测的一种新方法。

基于有限元法的水电站预应力闸墩应力变形分析

某大型水电站中墩溢流表孔的弧形工作闸门在正常蓄水位时承受巨大水推力,根据规范和工程经验采用预应力钢筋混凝土结构型式,通过建立三维有限元模型进行计算分析,比较闸墩预应力情况下三种典型工况的受力性能。结果表明:闸墩结构具有相当的刚度;应力分布符合一般规律,预应力体系布置合理。

斜交进流条件下闸墩型式优化试验研究

为改善象山水利枢纽部分泄水闸进水口不良水流流态,提高枢纽泄流能力,利用物理模型试验方法对泄水闸2区闸室边墩墩头型式进行优化,对比分析了5种墩头型式方案下的优化效果。研究结果表明:墩头型式采用短轴为2倍闸墩宽度的黄金分割比(短轴/长轴=0.618)的1/4椭圆曲面,基本消除了间歇性涡流和回流现象,改善了进闸水流流态,但对于堰流处于高淹没度(h_(s)/H_(0)>0.99)时的综合流量系数μ_(0)的改变幅度不大,基本在0.5%以内,相应的泄流能力提升幅度也并不显著。研究成果可为类似工程设计提供参考。

水声勘探法在水闸底板探测中的应用

水闸工程在我国水利工程中占有重要地位,其主要作用包括调节水位、防洪排涝、水资源配置等。随着我国水利工程的快速发展,水闸工程数量逐年增加,规模不断扩大。然而,水闸底板作为水闸的核心部位,其隐蔽性较强,难以进行实时监测和评估。因此,研究水声勘探法在水闸底板探测中的应用具有重要意义。