水工鋼閘門振動(dòng)現(xiàn)象及振動(dòng)特性分析

　　摘要鋼閘門是水工建筑物一個(gè)十分關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部分。目前,從閘門失事的調(diào)查結(jié)果來(lái)看,振動(dòng)是造成事故發(fā)生的主要原因。從閘門振動(dòng)的自身特點(diǎn)出發(fā),具體分析閘門振動(dòng)的機(jī)理以及閘門振動(dòng)的振源情況和處理方式,以為避免振動(dòng)給閘門帶來(lái)的不良影響提供。
　　關(guān)鍵詞閘門振動(dòng);振動(dòng)特性;振動(dòng)源;應(yīng)對(duì)措施 　　
　　水工閘門對(duì)于整個(gè)水工建筑物有著極為重要的作用,多數(shù)閘門在啟動(dòng)、關(guān)閉狀態(tài)下都會(huì)出現(xiàn)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(duì)其進(jìn)行深入研究,并制定相應(yīng)的緊急應(yīng)對(duì)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(nèi),否則將會(huì)對(duì)閘門產(chǎn)生巨大的破壞。
　　1閘門的振動(dòng)機(jī)理
　　引起閘門振動(dòng)的原因是多方面的,情況較為復(fù)雜。而根據(jù)專家們提出的理論認(rèn)為,導(dǎo)致振動(dòng)出現(xiàn)的主要原因是動(dòng)水作用的不均衡,從閘門與動(dòng)水互相接觸的那一刻開始,振動(dòng)現(xiàn)象則隨之出現(xiàn)[1-2]。
　　閘門結(jié)構(gòu)面對(duì)各種形式的作用力,其出現(xiàn)的振動(dòng)特點(diǎn)也是不一樣的[1]。很多情況下,閘門的作用力指的都是其結(jié)構(gòu)的外力,也存在著另外一種情況,就是閘門自身的結(jié)構(gòu)或與附近質(zhì)的運(yùn)動(dòng)保持相互作用。當(dāng)閘門受到多種作用力時(shí)則將對(duì)閘門系統(tǒng)做功,而輸入能量對(duì)阻尼耗能填補(bǔ)后能夠使得系統(tǒng)出現(xiàn)持續(xù)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(guó)建筑專家及設(shè)計(jì)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(jī)振動(dòng))。這種振動(dòng)的引起因素是因?yàn)樗�流自身存在著很大的波�?dòng)性,導(dǎo)致脈動(dòng)壓力的出現(xiàn)而引起振動(dòng)。
　　(2)穩(wěn)定性差導(dǎo)致的振動(dòng)。這種振動(dòng)是由于水流的不穩(wěn)定性及反饋機(jī)制共同形成了外力的作用而造成的,這些和振動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)有著十分密切的關(guān)系,不穩(wěn)定反饋機(jī)制涉及到流體動(dòng)力學(xué)中的流體共振或物體共振。
　　(3)運(yùn)動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)(自激振動(dòng))。這種振動(dòng)的引起因素是閘門自身結(jié)構(gòu)的誘發(fā)力,它與物體共振反饋的不穩(wěn)定振動(dòng)之間不存在準(zhǔn)確地區(qū)分,此種振動(dòng)隨著結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)消失而消失。
　　2閘門振動(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(duì)造成振動(dòng)的原因進(jìn)行準(zhǔn)確的分析,這樣才能找出合適的處理措施[2]。根據(jù)水力條件的各種情況可以把振源分成以下幾個(gè)因素:
　　(1)弧形閘門止水漏水因素。這類發(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(dāng)漏水量過(guò)大時(shí)使得閘門頂止水射出的水流不斷拍打門葉背后的梁格,最后引起閘門的振動(dòng)。針對(duì)這些情況應(yīng)該對(duì)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(duì)止水位置、材料、尺寸進(jìn)行合理的規(guī)劃安排,促進(jìn)止水與止水座板的緊密接觸,以防止閘門在漏水停止后出現(xiàn)振動(dòng)。
　　(2)波浪沖擊閘門因素。當(dāng)閘前水位接近胸墻周圍時(shí),其上游具備較大風(fēng)浪作用時(shí)會(huì)在胸墻底部和弧門露出水面部分范圍內(nèi)造成封閉氣囊,空氣受到壓縮,導(dǎo)致很大的氣囊沖擊壓力,對(duì)弧門的安全造成沖擊,在這種沖擊作用下引起了振動(dòng)。為避免這一情況的出現(xiàn),應(yīng)該在閘門上游裝置防浪柵、浪排,以防止波浪給閘門造成較大作用。對(duì)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,能夠有效避免閘門出現(xiàn)振動(dòng)[3]。
　　(3)平面閘門的底緣型式因素。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出,在平面閘門中使用水平底緣常常出現(xiàn)水力條件達(dá)不到要求的問(wèn)題,這就不斷增加了閘門啟閉的難度,尤其是在造成起動(dòng)水脈動(dòng)壓力出現(xiàn)后出現(xiàn)空蝕,以上現(xiàn)象都是閘門出現(xiàn)振動(dòng)的關(guān)鍵因素。可采取以下措施進(jìn)行防止:閘門底緣的設(shè)計(jì)需要注重刀刃形底緣及挑出的角度,最佳情況是將閘門底緣上游傾角、下游傾角分別控制在45°、30°以上,這樣才能保證泄流時(shí)底緣流線的有效進(jìn)行且阻礙閘門振動(dòng)的發(fā)生;時(shí)刻保持閘門開度大于底部主梁寬度,以此來(lái)防止形成小開度的強(qiáng)振區(qū)。

　　(4)平面閘門門槽空蝕因素。平面閘門是十分常見(jiàn)的門型,在高速水流通過(guò)閘孔時(shí),由于門槽段的邊界出現(xiàn)變化而導(dǎo)致局部壓力降低后出現(xiàn)了空穴現(xiàn)象,以致于形成空蝕破壞的問(wèn)題。在這期間出現(xiàn)空蝕時(shí)則會(huì)造成閘門發(fā)生激烈的振動(dòng),影響到了閘門的安全運(yùn)行。在遇到不的槽型式時(shí)需要根據(jù)詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。
　　(5)閘后淹沒(méi)水流引起振動(dòng)因素。閘門在一定開度下泄流過(guò)程中造成的流水情況常常會(huì)不定期地給閘門造成影響,而閘門在水流強(qiáng)烈的脈動(dòng)壓力下很容易出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象,這類振動(dòng)主要是隨機(jī)荷載下出現(xiàn)的振動(dòng),具有強(qiáng)迫性[4]。這就需要操作在運(yùn)行時(shí)學(xué)會(huì)改變運(yùn)行條件,避免閘門受到淹沒(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),則需要增加閘門懸吊結(jié)構(gòu)及支承結(jié)構(gòu)的剛度。
　　3
　　[1] 潘錦江.閘門振動(dòng)問(wèn)題探討[J].水利水電科技進(jìn)展,2001,21(6):21-39.
　　[2] 嚴(yán)根華.水動(dòng)力荷載與閘門振動(dòng)[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào),2001(2):10-15.
　　[3] 周峰,侍克斌,馬亮,等.勝利水庫(kù)平面鋼閘門水壓加重結(jié)構(gòu)的應(yīng)用[J].南北水調(diào)與水利科技,2009(5):55-56,72.
　　[4] 練繼建,彭新民.水工閘門振動(dòng)穩(wěn)定性研究[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào),1999, 32(2):171-176.

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