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(1)自激振动。结构物振动的能量来自水流,但水流的脉动却是结构物振动的直接后果。例如闸门止水有漏水的缝隙使止水振动,而止水的振动可使水流产生脉动。
(2)自控振动。水流的脉动激发结构物振动,而结构物的振动又对水流的脉动产生制约作用,这两种作用达到平衡,使振动呈相对稳定状态。如绕流物体后稳定的卡门涡街引起的物体振动。
(3)强迫振动。结构物的振动对水流脉动无明显反馈作用。例如波浪激发的建筑物振动,水跃激发的闸门振动等。
虽然现在计算技术得到了很大发展,但动力试验仍是解决水激振动的主要手段。一般通过结构动力试验研究的主要内容为:
(1)确定结构物在线弹性范围内的动力特性。如所有有意义的自振频率和相应的振型,它们的阻尼值。这些动力特性可由模型试验或由原型试验求得。
(2)确定各种特定荷载下的动力反应。如动应力和位移等。原型结构的动力试验主要有人工加振和利用自然振动两种措施。模型试验的动力试验目前主要有激振器和振动台两种方法。
水工建筑物的水弹性试验要求同时满足“动荷载”输入系统相似和结构动力响应系统相似,其结果将要求材料容重比尺等于1,弹性模量比尺等于模型几何比尺,阻尼比比尺等于1,泊松比比尺等于1,并合理地选取模拟范围,即边界条件要求相似。要完整地满足上述要求是相当困难的。一般只能使其中主要项目满足相似要求。
文献中也曾有人先将作用在水工结构物上的水流脉动载荷与结构物的自振特性分别定出,然后再用一般动力分析把二者结合起来从而得出水弹性振动特性,现在用这种办法的已逐渐减少。
影响水激振动的因素较为复杂,过水建筑物又形态多变,因此尚无普遍适用的规律可循。而解决实际问题的方法,基本上还是依靠模型试验及原型观测。中国最早进行弹性振动模拟试验的工程实例是河南省三义寨人民跃进渠首的弧形闸门。
应该是抗滑、抗倾覆和坝体应力吧,浪压力是水平力,一般上游浪压力大于下游,是使坝体产生滑动的主要应力,肯定和抗滑有关;是水平力,且上下游大小不同,应该和抗倾覆有丁伐弛和佾古崇汰搐咯关;既然是坝体荷载的一...
出版单位:人民交通出版社 图书规格:16开 出版日期:2000-8-1 图书类别:建筑考试与教材教辅/教材 市场价:21元 会员价:17元 会员关注指数:★ 总计79人已经关注此书 高...
港口水工建筑物的共同特点是:承受的作用复杂(包括波浪、潮汐、海流、冰棱、风、地震等自然力和使用、施工荷载),施工条件多变,建设周期长,投资较大。类型有:码头、防波堤、护岸、船坞、船台、船闸和滑道等。
水工建筑物分类
水工建筑物分类 水工建筑物分类具体内容是什么,下面下面为大家解答。 水工建筑物按服务对象可分为: 服务于多种目标的通用性水工建 筑物和服务于单一目标的专门性水工建筑物。 通用性水工建筑物主要 有:挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物、输水建筑物、整治建筑 物等。专门性水工建筑物主要有:水力发电的水电站厂房、高压室、 压力前池、压力管道等,城镇供排水的沉淀池、污水处理厂等,内河 航运的船闸、升船机、码头、防波堤等,过木、过鱼的筏道、鱼道等, 农田水利专用的灌溉管道、喷灌、滴灌等灌水设施以及水土保持、水 产养殖、环境水利等专用性水工建筑物。 1.挡水建筑物 挡水建筑物是控制江河水流、抬高水位、调蓄水量,或为阻挡洪 水泛滥、海水入侵而修建的各种闸、坝、堤防、海塘等水工建筑物。 河床式水电站厂房、河道中船闸的闸首、闸墙和临时性的围堰等,也 属于挡水建筑物。仅用以抬高水位、但高度较低的闸、坝也称壅水建
水工建筑物水流诱发振动研究的理论与实践
目前我国加大了对水利基础设施建设的投入力度,用以提升我国的水利事业发展水平。近些年,三峡等大批大型水利工程相继建成投产,带来非常可观的经济效益和社会效益。然而在这些水利工程的运行中,却发现其都存在着较为严重的流激振动现象,给水工建筑物的安全稳定带来较大的威胁。因此加大对水工建筑物水流诱发振动机理的研究,提升流激振动防治技术水平成为了当前我国水利工程实施的当务之急。现本文就主要对水工建筑物的水流诱发振动问题进行研究探讨,文章主要从理论和实践两方面进行探讨,希望能为相关人员提供一些借鉴参考依据。
振动是物体沿直线或曲线并经过其平衡位置所作的往复运动。一般指机械振动。在科学技术中振动一词通常指周期性振动,即每经过一定时间后,振动体回到原来的位置。象钟摆、弦线、音叉等的运动都是。其它如一个物理量通过某一恒定值而在其最大值和最小值之间往复变化的过程,也称振动。例如交变电磁场中的电场强度,磁场强度,交流电中的电流强度、电压等。物体随时间按正弦或余弦规律变化的过程,称谐振动,一般用A=A0sin (ωt θ)表示(Ao为最大振幅,ω是角频率,θ为初相,t为时间)。如悬挂在弹簧下端的物体的运动就是一种谐振动。物体在不受外力而阻尼又可忽略的情况下,自然进行的振动称固有振动。如击鼓后鼓膜的振动,充电电容器和电感线圈联成回路后,电路中电流的振荡等。振动系统受到阻力作用,造成能量损失而使振幅逐渐减小的振动,称阻尼振动。如单摆因受空气阻力,振荡电路中由于电阻及电磁辐射而使振幅逐渐衰减的振动。振动系统在周期性或非周期性的外力作用下所作的振动,称受迫振动。此外,不具有周期性规律的振动,称无规振动或随机振动。任何复杂的振动都可以由许多不同频率和振幅的谐振动合成,谐振动是最简单的也是最基本的振动。
对于海洋工程上普遍采用的圆柱形断面结构物,这种交替发放的泻涡又会在柱体上生成顺流向及横流向周期性变化的脉动压力。如果此时柱体是弹性支撑的,或者柔性管体允许发生弹性变形,那么脉动流体力将引发柱体(管体)的周期性振动,这种规律性的柱状体振动反过来又会改变其尾流的泻涡发放形态。这种流体一结构物相互作用的问题被称作“涡激振动”(Vortex-Induced Vibration :VIV)。
在处理涡激振动问题时,把流体和固体弹性系统作为一个统一的动力系统加以考虑,并找到两者的耦合条件,是解决这个问题的重要关键。在涡激振动过程中,流体的动压力是一种作用于弹性系统的外加载荷,动压力的大小取决于弹性系统振动的位移、速度和加速度;另一方面,流体动压力的作用又会改变弹性系统振动的位移、速度和加速度。这种互相作用的物理性质表现为流体对于弹性系统在惯性、阻尼和弹性诸方面的耦合现象。
由惯性耦合产生附连质量,在有流速场存在的条件下,由阻尼耦合产生附连阻尼,由弹性耦合产生附连刚度。流体的附连质量、阻尼和刚度取决于流场的流动特征参量(诸如流速、水深、流量等)、边界条件以及弹性系统的特性,其关系式相当复杂。用实验或理论方法求出这些附连的量,是水弹性问题研究中的重要课题。
实验证明,漩涡的发放频率f可用无量纲参数斯特劳哈尔数St(Strouhal Number)来表示,表达式为:
f=St*V/D
St是构件剖面形状与雷诺数Re的函数,其定义式为St=D/(V*T)。
其中:V为垂直于构件轴线的速度(m/s);
D为圆柱直径或柱体的其他特征长度(m);
T为相关的特征时间(s)。
假若构件的自振频率与漩涡的发放频率相接近就会使结构发生共振破坏,这种现象容易发生在高耸结构物上,因此这种涡激振动是极其有害的,需采取措施阻止它的发生。一般可采取两方面措施:一是对于构件进行刚性加固,或者增大尺度提高其刚度,改变构件的自振频率,避免它与漩涡发放频率相接近;二是想办法改变构件后的尾流场,破坏尾流场漩涡的规律性泄放,如在结构上安装螺旋线立板和改变结构截面形状等。