大跨度上翻式拱形鋼閘門振動特性及抗振優化

劉 鵬,高振海,嚴根華,呂飛鳴

(1.廣州市水務規劃勘測設計研究院,廣東 廣州 510640;2.南京水利科學研究院,江蘇 南京 210029;3.中國水電顧問集團華東勘測設計研究院,浙江 杭州 310014)

本文以廣州市荔灣區花地河南北水閘(北閘)工程[1]大跨度上翻式拱形鋼閘門為研究對象。花地河南北水閘工程的功能為景觀蓄水、引清調水、擋潮調蓄、補水、通航及保證泄洪安全。北閘工程采用單跨寬度達40m的液壓啟閉上翻式拱形鋼閘門,需要適應感潮河段復雜水流條件,具有雙向擋水功能,并滿足局部開啟防洪排澇和引水要求。閘門運行過程中存在的諸多特殊水力學和振動問題是影響工程可行性和合理性的關鍵技術難點。該水閘采用單孔開敞式泄水孔,凈寬40m,閘室長32m。水閘總長122m,閘孔尺寸為40m×5.19 m(寬×高),底檻高程為-3m,邊墩厚4 m,泄水閘寬度較大,不設檢修門。水閘門葉結構見圖1。

根據閘門的運行工況及水力結構特征,綜合考慮閘室布置特殊、閘門孔口尺寸大、水流條件復雜等因素,需關注以下問題[2]:①局部開啟排澇泄洪和引水工況下,閘門小開度時由于出閘水流的不穩定性以及水流對下游底緣的動力作用,閘門結構會出現共振現象,這對閘門結構的安全產生嚴重威脅;②由于水閘需要雙向擋水和泄流,閘門底緣需要同時滿足雙向運行要求,沒有現成的設計和運行經驗,處理不當會造成閘門的強烈振動;③本工程采用液壓啟閉系統進行閘門運行操作,有別于已有類似工程的卷揚機啟閉,閘門啟閉桿與水平面成較小夾角,控振能力弱,此外閘門本身的振動對油缸結構的振動傳遞和影響也是重要研究內容。……