基于泄流振动响应的结构振动反分析与安全评价研究

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1、分类号：密级：UDC：学号：406027112060南昌大学硕士研究生学位论文基于泄流振动响应的结构振动反分析与安全评价研究StudyonStructuralVibrationBackAnalysisandSafetyEvaluationBasedonFlow-inducedVibrationRespone王玉洁培养单位（院、系）：建筑工程学院水利工程系指导教师姓名、职称：陈合爱教授申请学位的学科门类：工学学科专业名称：水利工程论文答辩日期：2015年5月26日答辩委员会主席：评阅人：2015年月日一、学位论文独创性声明本

2、人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名（手写）：签字日期：年Z月多日二、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人

3、授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权北京万方数据股份有限公司和中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》和《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》中全文发表，并通过网络向社会公众提供信息服务，同意按“章程”规定享受相关权益。学位论文作者签名（手写）:导师签名（手写）:签字曰期：下715年6月今曰签字曰期：><^一年6月曰论文题目分约iff處姓名论文i别博±□硕士01龄4〇(〇fjn)v(〇院/系/所专

4、业水打41联系电话E_mail通信地址(邮编)•、备注：s/公开□保密（向校学位办申请获批准为“保密”，______年_月后公开)摘要摘要我国的高坝建设规模居世界首位，这些已（在）建的拱坝在坝高、泄流量和泄洪功率等方面已居世界领先水平。泄流结构在宣泄洪水时，由于强烈紊动的水流往往具有很大的动能，极易导致泄水结构的剧烈振动甚至结构发生破坏。近年来，高速泄洪水流诱发泄流结构振动，从而影响工程运行安全，严重时会导致破坏的实例屡见不鲜。研究发现，泄流结构破坏的原因主要包括两个方面：结构动位移超过振动安全标准；结构动应力响应过大导致

5、振动疲劳破坏。因此，获取流激振动下的泄流结构的动位移值和动应力值，是评价泄流结构能否正常工作的重要依据。对泄流结构开展原型振动测试时，由于实测动力响应点数量是有限的，难以全面反映整个结构的振动响应特征，因此如何根据有限的实测点，反馈出整个结构的动力响应，尤其是针对水下结构的的动应力响应，进而对泄流结构运行安全评价具有重要意义，也是本文研究的主要问题，主要从以下三个方面展开研究：（1）通过对导墙模型的数值模拟，验证反分析方法的可行性。由于诱发导墙振动响应的水动力荷载是未知的，首先，本文以一典型水动力荷载作为输入，建立ANSY

6、S有限元数值模型进行瞬态分析，从中提取测点的动位移响应时程，将其作为反分析方法的已知条件；其次，将这些测点的动位移响应谱作为已知输入，编制反分析基本程序，反演出诱发导墙振动响应的水动力荷载，实现了振源的识别，并将该动水荷载的实测值和计算值作对比，验证反分析方法的可行性；最后，再根据识别出的动水荷载正分析计算整个导墙结构的整体动位移响应均方根值，并进行了对比验证，同时基于模态叠加法，反演出整个结构的动应力响应。反演结果与瞬态响应计算结果对比表明，误差均控制在5%以内，验证了泄流结构振动响应的反分析方法是有效而可行的。（2）开

7、展了基于有限测点的二滩拱坝原型动态响应场反演研究。以二滩拱坝原型工程为例，针对拱坝的六种不同泄水工况，开展了动位移振动响应测试，根据有限测点的动位移实测结果，实现了整个坝体的动位移场和动应力场的反演。通过每种工况下实测二滩拱坝B1~B7测点动位移响应时程，反分析拱坝泄流时所受三个等效动水荷载，该过程引入遗传算法，优化了识别结果。基于反演出的三个等效荷载进行正分析，计算出拱坝泄流时的整体动位移场，并与已I摘要知测点的动位移响应均方根进行了对比验证。基于模态叠加法，对上述六个工况的拱坝原型结构的整体动应力场进行了反演，得出坝体

8、的整体动应力，并对坝体应力较大部位的动应力结果进行了分析。反演结果表明：①拱坝同一高程拱圈上各节点动位移响应均方根值呈现“中间大，两边递减”的变化趋势；②拱圈上的切向动应力响应变化趋势和动位移响应类似；③拱冠梁上各节点的切向动应力均方根值随高程的下降逐渐减小；竖向动应力均方根值随高程的升高逐渐增加。（3