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    涌潮荷載作用下大型桁架式平面閘門動(dòng)力響應(yīng)仿真分析

    2010-09-05 22:14:04嚴(yán)根華陳發(fā)展
    水利水電科技進(jìn)展 2010年3期
    關(guān)鍵詞:圓管閘門桁架

    嚴(yán)根華,陳發(fā)展

    (南京水利科學(xué)研究院,江蘇南京 210029)

    涌潮荷載作用下大型桁架式平面閘門動(dòng)力響應(yīng)仿真分析

    嚴(yán)根華,陳發(fā)展

    (南京水利科學(xué)研究院,江蘇南京 210029)

    通過三維有限元數(shù)值模型進(jìn)行涌潮荷載作用下大型桁架式平面閘門動(dòng)力響應(yīng)仿真分析,研究大型桁架式平面閘門的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性,得出流固耦合條件下閘門結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率變化特征。在此基礎(chǔ)上,通過涌潮荷載作用模擬對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行仿真計(jì)算,得出閘門動(dòng)位移和動(dòng)應(yīng)力值。采用水彈性振動(dòng)模型對(duì)閘門結(jié)構(gòu)的涌潮動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明,仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致,仿真計(jì)算結(jié)果合理。最后,針對(duì)局部應(yīng)力集中現(xiàn)象對(duì)閘門結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改優(yōu)化,并提出抗振優(yōu)化方案。

    桁架式平面閘門;流固耦合動(dòng)力特性;動(dòng)力響應(yīng);仿真計(jì)算;試驗(yàn)驗(yàn)證;曹娥江大閘

    曹娥江大閘樞紐工程位于錢塘江下游右岸主要支流曹娥江河口,樞紐主要由擋潮泄洪閘、堵壩、導(dǎo)流堤、連接壩段以及管理區(qū)等組成,具有防洪(潮)、治澇、水資源開發(fā)利用、航運(yùn)、改善水環(huán)境條件等多目標(biāo)綜合效益。曹娥江校核洪水位為6.52m,設(shè)計(jì)洪水位為6.22m,正常蓄水位為3.90 m,最低水位為3.00m。擋潮泄洪閘閘孔總凈寬為560m,設(shè)計(jì)流量約為11340m3/s,共設(shè)28個(gè)孔,單孔寬度為20m,底板高程為-0.50m(黃?;?。擋潮泄洪閘工作閘門采用潛孔式平面滑動(dòng)閘門,胸墻底高程為4.00m,孔口尺寸為20.0m×4.5m(寬×高)。閘門跨度大,寬高比達(dá)4.4,閘門梁系采用空間桁架體系,結(jié)構(gòu)布置見圖1~2。

    圖1 水閘結(jié)構(gòu)布置

    圖2 閘門結(jié)構(gòu)布置(單位:mm)

    按照該樞紐的基本運(yùn)行要求,擋潮泄洪閘需滿足雙向擋水要求,對(duì)閘門的運(yùn)行安全性提出了更高的要求。該水閘結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn):①工作閘門采用平面桁架結(jié)構(gòu),寬高比懸殊,其體形系國內(nèi)外先例;②閘門需局部開啟運(yùn)行;③閘門的許多運(yùn)行工況為淹沒出流;④工作閘門受錢塘江涌潮沖擊,閘門將承受很大的涌潮荷載,其動(dòng)荷載作用是造成閘門強(qiáng)烈振動(dòng)的振源之一。這種強(qiáng)涌潮對(duì)工作閘門產(chǎn)生很大的沖擊荷載,是造成閘門強(qiáng)烈振動(dòng)的又一控制性振源。一旦水動(dòng)力荷載的作用力特性和閘門結(jié)構(gòu)的固有特征產(chǎn)生不利組合作用,就會(huì)造成閘門的危害性破壞。迄今為止,對(duì)這種涌潮作用下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力問題研究很少,對(duì)涌潮水動(dòng)力作用機(jī)理沒有進(jìn)行過專門研究,更沒有結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)及優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究報(bào)道。

    曹娥江大閘是我國目前規(guī)模最大的擋潮閘,結(jié)構(gòu)面臨復(fù)雜的水動(dòng)力荷載作用,動(dòng)力安全問題十分嚴(yán)峻。因此對(duì)擋潮泄洪閘涌潮沖擊荷載和流激振動(dòng)特征需要進(jìn)行深入研究,揭示存在問題,提出抗振安全措施,從而確保擋潮泄洪閘的安全乃至整個(gè)大閘的運(yùn)行安全。筆者通過三維有限元數(shù)學(xué)模型對(duì)閘門結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行仿真分析,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證仿真分析結(jié)果的合理性和可靠性,為閘門結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

    1 閘門結(jié)構(gòu)有限元模型

    曹娥江大閘閘門結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型采用三維有限元法建立,分析軟件采用ANSYS10.0。按質(zhì)量、剛度變化將閘門結(jié)構(gòu)離散為具有 1 900個(gè)管單元、3436個(gè)板單元、21285個(gè)實(shí)體單元,合計(jì)41764個(gè)節(jié)點(diǎn),約有20萬個(gè)自由度的空間結(jié)構(gòu)體系。計(jì)算中采用PIPE20管單元、SHELL63板殼單元和SOLID95體單元,其中,管單元用于桁架結(jié)構(gòu),板殼單元用于面板、加強(qiáng)肋板和上下弦的連接處,體單元用于矩形管和方管梁結(jié)構(gòu),閘門有限元模型見圖3。板單元質(zhì)量為22.6 t,體單元質(zhì)量為32.08t,管單元質(zhì)量為43.65t,門體總質(zhì)量為98.3t。

    圖3 閘門結(jié)構(gòu)有限元模型

    2 閘門結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性

    閘門結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性主要包含結(jié)構(gòu)固有頻率、振型等參數(shù),考慮到工程實(shí)際運(yùn)行時(shí)閘門受到動(dòng)水作用而振動(dòng),流場對(duì)結(jié)構(gòu)固有特性將起到顯著影響,因此動(dòng)力分析時(shí)必須考慮水介質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響。

    2.1 閘門流固耦合振動(dòng)模態(tài)特性分析

    在水動(dòng)力荷載作用下,閘門結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)可用以下方程表示[1-2]:

    式中:M,C,K分別為質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣 ;δ為結(jié)點(diǎn)位移向量 ;﹒δ為節(jié)點(diǎn)速度向量;¨δ為節(jié)點(diǎn)加速度向量;P(t)為動(dòng)力荷載。

    閘門振動(dòng)必然引起流場壓力的波動(dòng),水體壓力波動(dòng)又反過來影響閘門結(jié)構(gòu)的振動(dòng),是典型的液體和彈性體的流固耦合振動(dòng)問題。耦合系統(tǒng)自振控制方程可利用第2類Lagrange方程得到,以 p表示水作用于流體作用面有關(guān)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)水壓力向量,可得流固耦合自振特性方程:

    其中p滿足以下無黏性不可壓縮的微幅流體運(yùn)動(dòng)拉普拉斯方程:

    經(jīng)推導(dǎo)可得閘門流固耦合自由振動(dòng)方程為

    式中:Mp為附加質(zhì)量陣;S,T為轉(zhuǎn)換矩陣;D為方陣。

    將式(4)轉(zhuǎn)化為如下形式的特征值方程:

    式中:Φi為第i階的振型矩陣;λi為特征值。

    此處 Mp是非對(duì)稱矩陣,因此不能將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)特征值問題。用于求解非對(duì)稱特征值問題的方法是Lanczos法。

    2.2 計(jì)算結(jié)果

    當(dāng)閘門處于無水狀態(tài),門葉兩側(cè)和啟閉桿約束下的閘門振動(dòng)模態(tài)分析結(jié)果表明,在該約束邊界下,閘門的1階基頻為13.6Hz,為整體扭轉(zhuǎn)振型;2階頻率為17.56Hz,為整體彎曲振型;3階頻率為17.8Hz。實(shí)際運(yùn)行時(shí),閘門結(jié)構(gòu)將受到上下游水介質(zhì)的影響,結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性出現(xiàn)一定程度的變化,尤其是結(jié)構(gòu)的固有頻率會(huì)有較大下降。計(jì)算時(shí)流場范圍取10倍閘門高,圖4為閘門開啟狀態(tài)下考慮水體影響的第1~6階模態(tài)振型示意圖。計(jì)算結(jié)果表明,考慮流固耦合作用時(shí),閘門結(jié)構(gòu)的 1階固有頻率為6.6Hz,為面板1階彎曲振型;2階振型為面板2階彎曲,相應(yīng)頻率為7.7Hz;3階固有頻率為10.4Hz,為面板與桁架空間組合變形振動(dòng)。顯然,閘門結(jié)構(gòu)的1階基頻較不考慮水體影響時(shí)下降了51%。由此可知,流場對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性影響非常顯著,不能忽視。

    3 閘門結(jié)構(gòu)的靜力特性

    閘門結(jié)構(gòu)的靜力特性是安全性評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)掌握的重要評(píng)估資料。工程結(jié)構(gòu)的破壞除動(dòng)力作用破壞外,靜力失效也是常見現(xiàn)象。因此,在對(duì)水閘進(jìn)行動(dòng)力分析的同時(shí),開展閘門結(jié)構(gòu)的靜力特性研究亦是十分必要的。通過對(duì)閘門結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力分布研究可為結(jié)構(gòu)的體形設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

    閘門處于擋水工況,水位為校核洪水位時(shí),總水壓力(反力)為5 003.9kN。此時(shí)閘門最大位移為13.579mm,發(fā)生在面板底緣中心位置。閘門結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力出現(xiàn)在桁架結(jié)構(gòu)?530mm圓管末端,最大應(yīng)力值達(dá)到267MPa,圖5~6給出了閘門整體位移及應(yīng)力分布。擋潮工況下閘門結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與位移量略小。當(dāng)下游水位為8m、上游水位為3.3m時(shí),閘門總水壓力為 4 704.6 kN。此時(shí)閘門最大位移為10.36mm,出現(xiàn)在閘門中斷面的底緣部位;最大應(yīng)力為203MPa,位于桁架結(jié)構(gòu)?530mm圓管末端;桁架管系弓形管外側(cè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力為59MPa。該工程閘門采用Q345鋼,容許應(yīng)力為220MPa,校核工況下閘門出現(xiàn)最大應(yīng)力集中區(qū),需要局部修改和優(yōu)化。

    4 涌潮荷載作用下閘門結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)分析

    4.1 流激振動(dòng)響應(yīng)仿真計(jì)算基本理論

    考慮閘門結(jié)構(gòu)流固耦合相互作用,水動(dòng)力荷載作用下的閘門結(jié)構(gòu)振動(dòng)可用離散化線性微分方程表示為

    圖4 流固耦合狀態(tài)下閘門結(jié)構(gòu)低階模態(tài)振型

    圖5 校核水位閘門整體位移(單位:mm)

    圖6 校核水位閘門整體應(yīng)力及局部應(yīng)力(單位:Pa)

    式中:MS,CS和KS分別為流體耦合附加質(zhì)量、附加阻尼和附加剛度矩陣;MP,CP和KP分別為結(jié)構(gòu)質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣,﹒u 和 u 分別為結(jié)構(gòu)振動(dòng)加速度、速度和位移列陣;F(t)為外荷載列陣。

    經(jīng)推導(dǎo),可得任一節(jié)點(diǎn)k的位移響應(yīng)歷程為

    式中:q為模態(tài)階數(shù);n為結(jié)構(gòu)自由度數(shù);φkj,φij為振型系數(shù);h為脈沖響應(yīng)系數(shù);t-θ為時(shí)間增量;pi(θ)為節(jié)點(diǎn)i所受的力。

    k點(diǎn)的位移自相關(guān)函數(shù)可表示為

    式中:E為方差;uk(t)和uk(t+τ)分別為t時(shí)刻和t+τ時(shí)刻節(jié)點(diǎn)k的位移;Rp為作用力自相關(guān)函數(shù)。

    對(duì)式(8)進(jìn)行Fourie變換,可得節(jié)點(diǎn)k的位移譜密度為

    4.2 仿真計(jì)算結(jié)果

    涌潮荷載作用下閘門結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)響應(yīng)分析主要考查在錢塘江涌潮作用下閘門結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)位移變化情況,評(píng)價(jià)閘門結(jié)構(gòu)的動(dòng)力安全狀況。根據(jù)歷史涌潮過程確定最大涌潮壓強(qiáng)為90kPa。

    圖7 閘門后桁架下部上弦管典型中間節(jié)點(diǎn)的位移響應(yīng)過程線

    按閘門關(guān)閉狀態(tài)考慮:鑒于涌潮作用力具有典型沖擊特征,因此將涌潮作用力用脈沖荷載進(jìn)行模擬,幅值為90kPa,作用力范圍覆蓋閘門整個(gè)面板。圖7給出了閘門結(jié)構(gòu)在關(guān)閉狀態(tài)受到?jīng)_擊荷載作用下第20ms時(shí)閘門后桁架下部上弦管典型中間節(jié)點(diǎn)的位移響應(yīng)過程線。閘門結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布顯示,在受到涌潮沖擊20ms后,閘門最大應(yīng)力值位于桁架結(jié)構(gòu)?530mm圓管末端,最大應(yīng)力值為620MPa,桁架管系弓形管外側(cè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力為160MPa。圖8給出了沖擊荷載作用下第25ms時(shí)的閘門整體應(yīng)力(迎水面)分布云圖。閘門最大位移為20.37mm,位于閘門中斷面處。當(dāng)閘門受到涌潮沖擊52ms時(shí),閘門最大應(yīng)力為455MPa,仍然位于桁架結(jié)構(gòu)?530mm圓管末端;桁架管系弓形管外側(cè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力為194MPa;閘門最大位移為22.4mm。圖9為閘門在沖擊荷載作用下第50ms的整體位移(迎水面)。閘門結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布顯示,在目前的模擬涌潮沖擊荷載作用下,在受涌潮沖擊52ms時(shí),桁架結(jié)構(gòu)?530mm圓管末端的最大應(yīng)力小于沖擊時(shí)間為20ms時(shí)的應(yīng)力,但桁架管系弓形管外側(cè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力大于沖擊時(shí)間為20ms時(shí)的應(yīng)力。說明結(jié)構(gòu)部位不同,出現(xiàn)最大位移和應(yīng)力的時(shí)間也有相應(yīng)變化。動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)顯示,在設(shè)計(jì)沖擊荷載作用下,門體的應(yīng)力分布出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,并遠(yuǎn)超過閘門的容許應(yīng)力,需要采取適當(dāng)措施。應(yīng)當(dāng)指出,因仿真計(jì)算采用線性模型,導(dǎo)致計(jì)算值超過600MPa,此時(shí)閘門結(jié)構(gòu)已進(jìn)入非線性區(qū),并超過材料的屈服應(yīng)力點(diǎn)。

    圖8 閘門結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下第25ms時(shí)的整體應(yīng)力(迎水面)(單位:Pa)

    圖9 閘門在沖擊荷載下第50ms時(shí)的整體位移(迎水面)(單位:mm)

    4.3 閘門動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)驗(yàn)證

    結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算獲得了涌潮荷載作用下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和位移響應(yīng)數(shù)據(jù),以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力安全評(píng)價(jià)資料。為驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的正確性,采用水彈性模型進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。水彈性振動(dòng)模型嚴(yán)格按照水彈性相似原理要求采用特種材料制作,其中質(zhì)量密度ρr和材料彈性模量Er分別滿足

    式中:Lr為模型幾何比尺。

    閘門水彈性振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明,工作閘門在涌潮荷載沖擊下出現(xiàn)瞬間最大沖擊振動(dòng)位移,隨后出現(xiàn)低頻振蕩衰減[3]。從振動(dòng)位移量看,門體跨中的動(dòng)力響應(yīng)比兩側(cè)的大。例如,在涌潮高度為3.6m、潮頭流速為4.95m/s的涌潮沖擊下,門體跨中中部順?biāo)飨驕y(cè)點(diǎn)的最大振動(dòng)位移為21.33mm,橫河向最大振動(dòng)位移為3.23mm。門體跨中下部順?biāo)飨驕y(cè)點(diǎn)的最大振動(dòng)位移為26.96mm,垂向最大振動(dòng)位移為4.58mm。在閘門1/4寬度處的下部1號(hào)測(cè)點(diǎn)處,順?biāo)飨驕y(cè)點(diǎn)的最大振動(dòng)位移為17.86mm,橫河向測(cè)點(diǎn)的最大振動(dòng)位移為7.27mm。

    當(dāng)涌潮高度為5.0m時(shí),門體順?biāo)飨蜃畲笳駝?dòng)位移為23.24 mm,橫河向最大振動(dòng)位移為7.98mm,垂向最大振動(dòng)位移為5.39mm。其他水位、涌潮高度、潮速組合條件下的閘門振動(dòng)位移響應(yīng)值一般在22~26mm之間。通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析可知,有限元計(jì)算得到的涌潮沖擊位移量與模型試驗(yàn)值基本一致,說明計(jì)算結(jié)果是合理的。

    5 閘門結(jié)構(gòu)的優(yōu)化修改

    由前述計(jì)算成果可知,在正常擋水或擋潮工況下,最大位移量為13.58mm,出現(xiàn)在閘門中斷面的底緣部位;閘門結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力出現(xiàn)在桁架結(jié)構(gòu)?530mm圓管末端,為 267MPa。從剛度角度看,閘門的位移量滿足規(guī)范要求[4]。

    涌潮荷載作用下閘門結(jié)構(gòu)瞬態(tài)響應(yīng)分析結(jié)果表明:在設(shè)計(jì)給定的荷載作用下,閘門結(jié)構(gòu)在受到涌潮沖擊初期,閘門出現(xiàn)最大沖擊應(yīng)力為620MPa,位于桁架結(jié)構(gòu)?530mm圓管末端,桁架管系弓形管外側(cè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力為160MPa;閘門最大位移為20.37mm,位于閘門中斷面處。隨后出現(xiàn)衰減振蕩,桁架結(jié)構(gòu)圓管末端應(yīng)力下降為455MPa,弓形管外側(cè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)力為194MPa;閘門最大位移值為22.4mm。結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布顯示,在設(shè)計(jì)沖擊荷載作用下,閘門應(yīng)力分布出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象,需要采取適當(dāng)措施。

    根據(jù)原方案閘門結(jié)構(gòu)受力情況分析,閘門結(jié)構(gòu)的應(yīng)力控制工況是涌潮作用工況,因此對(duì)涌潮沖擊荷載作用下的結(jié)構(gòu)做如下修改:把桁架?530mm圓管末端連接板的厚度由25mm加大為40mm;加大弓形圓管末端連接板的厚度,其中底肋板、立肋板、斜肋板及其余支撐肋板的厚度由25 mm分別改為40mm,50mm及60mm;所有矩形管xb1和方管xb2的連接處增加加強(qiáng)斜肋板,其尺寸為200 mm×111.8mm×25mm。

    通過上述修改,閘門結(jié)構(gòu)在涌潮作用下(最大瞬態(tài)沖擊壓強(qiáng)為0.09MPa)的瞬態(tài)響應(yīng)約束反力為9793.5kN。閘門結(jié)構(gòu)的最大位移為24.0mm,最大涌潮沖擊應(yīng)力為156MPa。顯然閘門結(jié)構(gòu)修改后的應(yīng)力已經(jīng)下降至容許應(yīng)力范圍,取得了滿意的抗振效果。

    6 結(jié) 語

    對(duì)相位差不很突出的沖擊荷載作用而言,通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型,可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)參數(shù)的預(yù)測(cè)和分析。本文研究獲得以下幾點(diǎn)結(jié)論:

    a.對(duì)該工程閘門而言,流場對(duì)閘門固有特性產(chǎn)生顯著影響,最大頻率下降率達(dá)51%,動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算時(shí)必須加以考慮。

    b.對(duì)于桁架式結(jié)構(gòu)來說,涌潮沖擊荷載作用下力的傳遞由閘門中部的桁架桿系向二側(cè)拱腳傳遞,應(yīng)力集中點(diǎn)出現(xiàn)在弓形圓管末端應(yīng)力量級(jí)遠(yuǎn)超過材料的屈服極限,需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部修改優(yōu)化。

    c.涌潮沖擊響應(yīng)模型試驗(yàn)取得了閘門關(guān)鍵部位的位移和應(yīng)力分布數(shù)據(jù),其結(jié)果與仿真計(jì)算值基本一致,驗(yàn)證了仿真計(jì)算結(jié)果的合理性。

    d.優(yōu)化修改后的閘門結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)仿真計(jì)算結(jié)果顯示,在相同涌潮荷載作用下,推薦方案最大應(yīng)力集中區(qū)消失,最大應(yīng)力由620MPa下降為150MPa,取得了滿意的抗振效果。

    [1]古華,嚴(yán)根華.水工閘門流固耦合自振特性數(shù)值分析[J].振動(dòng)測(cè)試與診斷,2008,9(3):242-246.

    [2]YAN Gen-hua.Study of design techniquesfor dynamic safety of radialgates in hydraulic engineering[C]//Structure Engineering World Wide.San Francis:Elseview Science Ltd.,1998.

    [3]嚴(yán)根華,陳發(fā)展.曹娥江大閘樞紐工程閘門流激振動(dòng)試驗(yàn)研究[R].南京:南京水利科學(xué)研究院,2006.

    [4]DL/L5039—95 水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

    Simulation of dynamic responses of large truss-plane gates under tidal surge loads

    YAN Gen-hua,CHEN Fa-zhan(Nanjing Hydraulic Research Institute,Nanjing210029,China)

    The dynamic responses of large truss-plane gates under tidal surge loadswere simulated by means of three-dimensional finite element numerical models.The structural dynamic characteristics of the large truss-plane gates were studied.The variation characteristics of the vibration frequency of the gates under fluid-solid coupling conditions were obtained.On such a basis,the structural dynamic responses were calculated through the simulation of tidal surge loads,and the dynamic displacement and stress of the gates were obtained.The dynamic responses of the gates under tidal surge loads were verified by means of hydro-elastic vibration models.The test results show that the numerical simulations agree with the experimental results,indicating the numerical simulations are rational.Finally,for the local stress concentration phenomenon,the gate structure was modified and relevant optimization scheme was proposed.

    truss-plane gate;fluid-solid coupling dynamic characteristic;dynamic response;simulation calculation;experimental verification;Caoe River Sluce

    TV663

    A

    1006-7647(2010)03-0042-05

    10.3880/j.issn.1006-7647.2010.03.011

    嚴(yán)根華(1956—),男,上海人,教授級(jí)高級(jí)工程師,從事水工水力學(xué)及結(jié)構(gòu)流激振動(dòng)研究。E-mail:ghyan@nhri.cn

    2009-07-13 編輯:駱超)

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