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水利水电工程的泄水建筑物,通常以闸门作为控制泄水的结构。现今随着高坝大库的不断涌现,闸门尺寸和作用水头均有所增加,目前国内外运行水头50~100 m的闸门已很普遍,闸门承受的水压力高达4000~6000 t。平板闸门是应用最早、最广泛的闸门型式。上世纪五、六十年代平板闸门在水利水电工程中应用很广泛。高水头平板闸门与弧形闸门相比具有尺寸较小、结构简单、施工方便、互换性强等优点,但也存在着启门力大、封水难度大、高速水流下门槽易空化及闸门振动等问题,本文以黄河积石峡水电站工程中孔泄洪洞进口水力学及闸门振动试验为背景,主要研究了如下内容:
(1)借助于数值计算的帮助,对积石峡水电站中孔泄洪洞门后水流为无压明流的工作闸门门槽体形进行模型试验研究,最后确定工作闸门门槽体形参数。
(2)通过对积石峡水电站中孔泄洪洞事故闸门和工作闸门进行启闭力试验研究,来寻找一种适用于高压平板闸门启闭力优化的可行性方案,并进一步分析此方案的效果和适用范围。
(3)根据水弹性模型模拟原理和试验要求,制作高压平板工作闸门水弹性模型进行试验,并且对闸门的荷载特性和流激振动试验结果进行分析。
(4)应用ANSYS有限元软件,对该平板工作闸门建立三维有限元数值模型进行动力分析,得出此平板工作闸门的自振频率,并且进一步分析了流固耦合效应对自振频率的影响;同时运用试验获得的水动力荷载对其进行流激振动数值计算,并进行动力安全分析,提出建议。