[发明专利]一种弧形水工闸门特殊振动形式的减振方法

说明书

一种弧形水工闸门特殊振动形式的减振方法，采用调谐质量阻尼器衰减闸门振动，并采用合理的TMD布置方案保证减振效果，包括门页减振措施和支臂减振措施，其中门页减振措施主要包括抑制门页薄壳法向振动的TMD，支臂减振措施主要包括抑制支臂梁垂向和侧向振动的TMD；根据实际情况，依次确定TMD的自振频率、质量、刚度和阻尼比，并选取合适的阻尼器材料，加设TMD保温、防水措施。本发明TMD布置方案简单，减振效果可靠，且易于实施，成本较低，可以方便地应用于已建成的闸门；所采用的带密封盒的TMD的理论研究完善，制造技术成熟，工程应用广泛，且在本发明中具有简明的布置方案，明确的参数确定步骤，并易于安装施工。

技术领域

本发明属于水利工程和结构动力学领域，涉及一种在大坝泄流运行工况下，可以有效减小弧形闸门特殊形式振动的减振方法，属于水工闸门减振防灾措施。

背景技术

近年来，随着多个特大型水利枢纽工程的兴建和投入运行，泄洪水流流速、最大单宽流量和单宽消能率等技术指标屡创新高，对水工闸门的长期运行安全提出了更高的要求。国内外水工闸门破坏事例屡有发生，Mossyrock、刘家峡、鲁地拉、映秀湾和狮子滩等水电站均发生过闸门的失稳破坏，其中闸门振动是导致闸门失稳破坏的一项主要问题。在近期的原型观测研究中，发现了水工闸门的“爬行”振动和“伴生”振动等特殊振动形式，其振动频率单一，参与振型固定，为动力学减振措施的应用提供了良好的条件。

发明内容

由于近几十年来我国高坝大库的建设，高流速大功率泄洪诱发的闸门振动问题日益突出。在此背景下，对闸门的“爬行”和“伴生”振动形式进行有效衰减对水工闸门的长期安全和正常运行具有重要意义。本发明不仅能够有效衰减水工闸门在泄流过程中产生的振动，而且具有造价低，施工简便，易于在现有闸门上实施等优点。

本发明采用的技术方案是：

一种弧形水工闸门特殊振动形式的减振方法，采用调谐质量阻尼器（TMD）衰减闸门振动，并采用合理的TMD布置方案保证减振效果，包括门页减振措施和支臂减振措施，其中门页减振措施主要包括抑制门页薄壳法向振动的TMD，支臂减振措施主要包括抑制支臂梁垂向和侧向振动的TMD；根据实际情况，依次确定TMD的自振频率、质量、刚度和阻尼比，并选取合适的阻尼器材料，加设TMD保温、防水措施，所述的TMD底座采用满焊与主结构壁面牢固连接。

进一步的，所述的合理的TMD布置方案是在闸门门页和支臂的约束较弱处安装TMD，若已知振动振型，则TMD可布置在振型向量最大的位置，若未知振动振型，也可以在弱约束区域内采用均匀布置原则。

进一步的，所述的TMD自振频率与主结构的实际振动优势频率相同。所述的TMD质量，综合考虑减振效果、经济性和施工难度取弧形闸门质量的0.01到0.02倍，再除以TMD的个数。所述的TMD刚度确定方法主要是通过下面的公式进行计算：

𝝎=(k/m)^0.5，

上式中𝝎，m和k分别为TMD的圆频率，质量和刚度。

进一步的，所述的TMD阻尼比在2%到5%之间。

进一步的，所述的合适的阻尼材料工作温度为20℃到30℃的聚丙烯等材料。

进一步的，所述的TMD保温、防水措施是指在质量块、刚度措施和阻尼器的外侧加设密封盒，以起到保持温度恒定，防止空气中的湿气和溅水影响TMD正常工作的作用，同时，密封盒要留有足够的空间，满足质量块的减振行程。

进一步的，TMD布置位于闸门门页顶部，门页主横梁之间和支臂横梁两侧等约束较小的部位，并通过焊接将TMD的底座和对应门页或支臂的钢板牢固连接。

本发明的优点和积极效果：