SV波斜入射时不同水体模拟方法下超高水头船闸地震反应分析

基于黏弹性人工边界的地震动斜入射方法模拟平面SV波不同角度入射情况,分别采用声固耦合法和附加质量法模拟闸室内水体,研究超高水头船闸闸室位移、应力和塑性损伤等地震反应,对比两种水体模拟方法计算结果的异同。结果表明:(1)整体上,两种方法计算得出的左、右闸墙地震反应结果随入射角度变化的规律基本一致;左闸墙受拉损伤的最大值均出现在入射角15°时,右闸墙受拉损伤的最大值均出现在入射角35°时;地震波入射角度对超高水头船闸动力响应影响较大,设计时应考虑地震波斜入射的影响。(2)当入射角较大时,采用声固耦合法计算的闸墙相对位移极值、主应力极值和受拉损伤结果偏保守的概率更大,对超高水头船闸结构设计来说更为安全。(3)建议两种计算方法相互参考和校核,推荐采用偏安全的结果进行超高水头船闸结构设计。

三峡升船机下闸首工作大门设计中的创新技术

三峡升船机是全球规模最大技术难度最高的升船机,其下游水位变幅变率均居国内外升船机之首。为满足船厢与下闸首对接要求,下闸首工作大门采用易于调整门位、带卧倒小门的下沉式双扉平板门。该闸门具有跨度大、运行条件复杂、运行频繁且要求高等特点,设计中采用了充压止水、摆臂式锁定、卧倒门同步变速控制等多项创新技术。三峡升船机运行实践经验表明,下闸首工作大门的工作性能完全满足工程要求,以上创新技术应用效果良好,具有很好的工程应用性和实践指导意义。

中低水头船闸人字门浮箱及背拉杆抗扭能力研究

浮箱和背拉杆是中低水头船闸人字门提高抗扭能力的有效措施,但是考虑二者共同预应力的研究工作较少。基于江苏某在建船闸人字门,建立人字门空间薄壁结构有限元模型,对比设置不同浮箱的人字门抗扭能力,提出了较为合理的浮箱设置方案。在此基础上,研究不同背拉杆布置方式下人字门的抗扭能力,提出一种背拉杆预应力的改进优化模型,使施加预应力后闸门的整体抗扭能力得到更大提高。研究结果表明:采用U形浮箱及预应力背拉杆进行人字门组合抗扭的方案,可有效提高闸门的整体抗扭能力。研究方法和研究成果可为中低水头船闸人字门的设计提供参考。

三峡船闸六闸首输水阀门运行方式优化

针对三峡船闸五闸室泄水运行中存在的问题,通过数模计算分析和原型调试研究,在维持现有运行方式大体不变的条件下,采用实时监测到的箱涵出口与下游引航道水位差,确定与之相适应的动水关阀小开度控制阀门运行的方法,较好地解决了六闸首阀门枯水期不能正常关至小开度从而造成闸室超泄偏大和汛期枢纽下泄流量较大时人字门不能按程序正常开启的问题,给出了适应于不同下泄流量下的六闸首阀门动水关闭参数,可保证在通航流量范围内,五闸室泄水时均无须动用辅阀,提高了通航效率。

船闸输水基本方程的应用

根据总流非恒定流的能量方程推导了船闸输水基本方程,对某船闸灌水过程进行了数值模拟。由于输水系统存在惯性,在灌水后期闸室水位出现反向水头即超高,当闸室水位从最大超高开始下降,水体从闸室流向引航道,此时,基本方程中水头损失项必须取与阀门处流速相同的符号。建议在相关规范修订时,将船闸输水基本方程改为文中推荐的公式,以便于应用。

乌江银盘省水船闸整体水力学模型试验研究

乌江银盘水利枢纽省水船闸是我国第一座按现代省水船闸理念设计的船闸.整体水力学模型试验结果表明,省水船闸方案将实际最大工作水头由36.500 m降至18.250 m,理论省水率可达50%;输水时间、系缆力、阀门门后压力、峰值流量及流量系数等船闸输水系统的各项技术指标均满足规范要求.省水船闸方案不仅降低了船闸工作水头,简化了高水头阀门水力学难题,而且达到减少船闸耗水的目的.

高水头阀门顶止水抗冲磨与变形特性试验

针对高水头阀门顶止水破坏的主要影响因素,提出三种止水材料配方,设计具有相同条件的试验方法,采用水下棱石法开展止水材料抗冲磨试验;研发阀门顶止水1∶1切片试验装置,制作不同型式阀门顶止水试件,进行止水安装变形特性、不同水头压力变形特性试验。研究表明:止水表面冲磨破坏呈现波纹状特征,随材料硬度增大,止水表面冲磨趋于光滑、抗冲磨性能降低,相对而言,配方2抗冲磨性能略优;随着安装荷载或水头差的增大,止水变形近似线性增大,"半圆头型"止水相对较优;在高水头作用下止水变形较大,在止水现场安装时可考虑适当预留间距,以降低压缩变形及应力。

高水头船闸输水阀门启闭力特性研究

高水头船闸输水阀门在运行过程中受水动力荷载作用影响,工作条件非常复杂,直接影响阀门的启闭力。由于阀门启闭力是决定启闭机容量和阀门自重的关键设计参数,因此有必要开展专门研究。1)针对反弧门形式,分析了阀门启闭速率、阀后廊道体型、阀门作用水头对启闭力的影响。2)通过改变阀门门型、底缘形状、支臂包护方式等形状系数,研究阀门的形状阻力对阀门动水启闭力的影响,获得相关规律。3)采用三峡船闸阀门启闭力原型观测数据对模型试验值进行验证,两者结果吻合度较好,三峡船闸输水阀门启闭机容量和阀门自重可以满足动水开启和关闭的要求。

贵港二线船闸下闸首出口及下游引航道停泊条件研究

以贵港二线船闸为依托,通过建立1∶30比尺的物理模型,分别对下闸首出口非对称式消能格栅和对称式消能格栅方案下的水流条件和船舶停泊条件进行研究。结果表明,在对称式消能格栅内增设消力槛方案,不仅下引航道水流条件及船舶的停泊条件满足规范要求,而且施工工艺较非对称式消能格栅方案简单,施工难度小,也为以后研究同一类型的船闸下闸首出口水动力学问题奠定了基础。

犍为船闸输水反弧门廊道非恒定流水力特性研究

船闸输水阀门段动水荷载是高水头船闸设计中关键的技术难题。以犍为船闸输水反弧门“平底+顶部渐扩”的廊道非恒定流常压模型为依托,重点研究阀门段动水压力特性、启闭力特性,动水关闭工况下阀门段廊道水动力荷载、开启速率及作用水头对水动力荷载及启闭力特性的影响。综合分析阀门结构体系、门后动水荷载、启闭力特性、防空化效果等因素,犍为船闸阀门不会发生有害的流激振动。

三峡升船机上闸首结构抗震分析研究

对三峡升船机上闸首结构 ,导出了挡水面上动水压力的附加质量计算式 ,用直接滤频法按顺河向和横河向分别求得了上闸首的前 5阶频率和振型。据此 ,采用完全二次型组合法对三峡升船机上闸首的地震反应进行了详细的分析研究 。

高水头省水船闸水工结构及输水系统研究

长江上游地区水头高、流速快、水位变幅大,对通航建筑物提出了较高的要求,采用升船机形式较难解决运量小、高地震烈度对塔柱的横向位移要求等问题;多级船闸形式又面临耗水量巨大、下游引航道流态不佳等问题。省水船闸是解决上述问题的有效结构形式,但在我国的应用经验较为有限。以三峡新通道工程为依托,从省水船闸的工作原理出发,分别对结构选型、省水池布置、结构高程及尺度确定、输水系统的计算流程和参数确定方法等关键问题进行研究,并通过结构核算、输水效率、省水量3个方面说明省水船闸方案的可行性及其相对于梯级船闸的优越性。

中高水头船闸平面阀门设计与工程实践

平面输水阀门在中高水头船闸工程中应用逐渐增多,多次突破其通常的应用范围,并取得很好的效果。针对平面阀门在我国中高水头船闸应用中存在的主要技术问题,综合近年来设计、科研和工程实践等方面的成果,就平面阀门在空化、振动、动水启闭等问题上取得的进展进行分析。结果表明:门楣自然通气、窄门槽、合理的底缘形式等综合措施很好地解决了阀门段空化问题,双面板结构显著提升了阀门整体刚度、减小了阀门结构的振动响应、改善了阀门的受力状态。

厚覆盖层高水头船闸闸室-省水池布置及地基处理方法

京杭运河穿黄工程场地覆盖层深厚,上跨方案的渡槽水位与两岸地面高差达30 m以上。针对渡槽两端的高水头船闸多级分散错层式省水池,提出了墙背高填式、墙背低填式两种闸池布置方案。利用ABAQUS软件分别建立平面有限元模型,研究了闸池沉降、闸室底板弯矩在施工期、使用期的全过程时空变化特征,探讨了高填土对闸室的作用机理。结果表明:1)在天然地基条件下,两种布置方案闸池沉降均较大,墙背高填土下曳力、边载产生底板负弯矩,基本上抵消了土压力产生的正弯矩,导致两种方案底板弯矩差异不大,且始终由负弯矩控制。2)地基处理方法是减小闸池沉降、改善闸室受力条件的关键技术问题之一。3)闸室、墙背填土的多桩型组合处理法和基坑外填土的排水固结预压法值得进一步深化研究。

颍上复线船闸下闸首结构内力主要影响因子分析

基于颍上复线船闸工程,考虑船闸闸首与回填土的接触,讨论了船闸闸首结构设计安全性、稳定性和合理性的影响因子,采用ANSYS有限元软件建立了船闸下闸首三维有限元模型,并采用单因素分析法,探讨了影响因子对船闸闸首结构应力及位移的影响。结果表明,随着回填土的内摩擦角的增加,回填土沉降位移和摩擦滑移位移均在减小,边墩位移在增大;闸墩与回填土接触应力和闸首应力在减小。所得结论可为今后船闸设计提供一定参考。

超高水头大型船闸闸室明沟消能特性研究

为研究超高水头、大尺度船闸闸底廊道侧支孔输水系统闸室明沟消能特性,以单级水头60 m、有效尺度为280 m×40 m(长×宽)的闸室为研究对象,采用三维紊流数值模拟方法,针对流速、紊动能、剩余比能及流速分布均匀度等参数进行分析,阐明了双层侧支孔单明沟和单层侧支孔双明沟的消能特性,并对比了两种明沟消能工的消能效果。结果表明:对于双层侧支孔单明沟布置型式,垂向间距d与支孔面积平方根D之比由d/D=2.29增加至5.71的过程中,消能效果先变优后变差,当d/D=3.43时可达到较佳的消能效果;双明沟型式考虑合理的宽度(单个明沟宽度b与支孔面积平方根D之比b/D=2.71)后,相比双层侧支孔单明沟型式,消能效果更佳。研究结果可为类似船闸的消能工设计提供技术支撑。

三峡升船机上闸首闸顶排架的抗震分析

通过对地震波输入方式进行研究，讨论了排架柱在地震荷载作用下的计算模型及分析方法，得出了一些有用的结论。

昭平水电站船闸槛下分散输水系统水力特性研究

途述了我国第一座采用槛下闸底廊道二区段出水的分散输水系统船闸———广西昭平电站船闸 (水头 2 0m ,闸室有效尺寸为 6 0m× 8m× 1 5m) 1∶2 0输水系统水工整体模型及 1∶16阀门段减压模型试验成果 ,并对闸室输水水力特性及船舶停泊条件、空腹式输水阀门廊道段的水力特性 ,包括阀门的阻力系数、收缩系数、阀门后水流收缩断面的最低压力以及阀门的空化特性和减免空蚀措施等方面作了介绍。原型运转表明 。

高水头大型船闸人字门门库布置

船闸人字门门库布置关系到人字门启闭过程的局部水流结构及水体交换是否通畅,直接影响人字门启闭力及动水阻力矩的大小,对高水头大型船闸尤为重要。通过数学模型分析人字门启闭过程中的局部水流特征,论证门库各项边界条件对动水阻力矩的影响,进而提出高水头大型船闸人字门门库布置技术,给出科学合理的人字门门库体型及特征尺寸,可显著降低人字门启闭初期与末期的动水阻力矩峰值,从而解决高水头大型船闸人字门及启闭设备的设计难题,有利于人字门安全可靠运行。

大藤峡船闸总体设计布置

大藤峡水利枢纽工程是打通西江亿吨黄金水道的关键项目,坝址河段航运要求高,货运量大,通航建筑物船闸的总体设计布置对整个枢纽的布置方案、货运量、运行管理、投资起着至关重要的作用。对于船闸的总体设计,首先根据工程区地形地质条件,结合枢纽布置要求选择船闸位置,在此基础上,对闸首、闸室、输水系统、上下游引航道、口门区及连接段、待闸锚地等进行设计,并根据模型试验成果优化输水系统结构尺寸及口门区整流措施。大藤峡船闸无论是规模、水头还是水位变幅条件和水力指标要求均达到了国内外已建船闸的最高水平,其总体布置可为大尺度、高水头船闸的设计提供一定的参考作用。