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弧形钢闸门是水工建筑物中运用最广泛的门型之一。但闸门在启闭过程或局部开启时,甚至在关闭挡水时,常常产生振动,振动有时会达到相当严重的地步,从而可能引起闸门的动力破坏或某些构件的动力失稳。因此,弧形闸门的动力问题一直属于闸门设计和运行过程中一个需要解决的重要问题。 弧形钢闸门的失事往往是由于支臂在动力荷载作用下丧失稳定所致。实测结果表明,将柱(支臂)按两端铰接压杆计算得到的自振频率值,与实测频率值很接近。因此将弧门柱视为处于空气中的两端铰接压杆,在纵向干扰力(由弧门门叶和主梁传来的动水压力)作用下进行动力稳定分析,基本能反映弧门柱的主要工作特性。本文在对平面刚架稳定性分析的基础上,根据弧门主框架柱的柱端约束条件,把水体对闸门面板的作用力简化为一个周期性变化的简谐荷载,根据弹性体系动力稳定理论,分析了两端铰接斜杆在周期性变化的简谐荷载作用下的动力稳定性,找出影响因素与其动力特性的关系。经过计算和分析,得出了一些有价值的结论。本文的工作和得出的结论如下: (1)分析了引起弧形闸门振动和破坏的原因,总结了闸门振动的类型和特点,指出在闸门的设计过程中应对闸门的动力特性进行优化,以使其避开水流脉动主频率,从而避免闸门的强烈振动。 (2)通过对弧门动力特性的分析,得出弧门整体尺度大小和各个构件的刚度是影响闸门基本自振频率的两个重要因素。支臂的刚度增大,将会提高弧门的自振频率,这对提高弧门的整体稳定性是有利的。 (3)对弧形钢闸门进行了静力稳定和动力稳定的分析,得出了支臂在周期性荷载作用下的动力不稳定区域,在动力不稳定区域内,支臂将发生参数共振,导致支臂动力失稳从而引起弧门的破坏。 (4)当考虑阻尼时对支臂进行的动力稳定性分析表明:阻尼将使支臂的动力不稳定区域有所减小,激发系数μmin增大,对杆件的振动起有利作用,但这种影响很小;应采取措施提高弧门的结构阻尼比,降低弧门的负阻尼。 (5)把横梁对支臂的约束看成是弹性约束时对支臂进行的动力稳定分析表明:杆件的侧向弹簧刚度愈大,不稳定区域愈小,结构的动力稳定性愈好,这也验证了如前所述把支臂杆受到的主梁及支铰对其的约束简化为铰支座是偏安全的。 (6)通过实例对支臂在不同的倾角和激振力幅值作用下的动力稳定性分析表明:随杆倾角的增大,杆的动力不稳定区域将随之减小,表明随倾角的增大,杆的动力稳定性