文摘
本研究实验调查收缩的影响关节高拱坝的振动特征。三个模型世界第二高的大坝,小湾水电站拱坝,作为实验标本被零,一个,两个收缩关节。当一个比例模型振动一个特定频率的谐波,其操作使用扫描激光偏转形状是通过振动计扫描模型的侧表面。收缩的影响关节在拱坝的振动特性研究通过检查操作挠度的变化形状。实验结果证明,(i)收缩关节可以显著影响拱坝的振动特征,(2)操作偏转形状直观地说明了拱坝的振动特点,和(3)扫描激光振动计显著优于传统设备准确、有效地获取细致结构的动态响应。
1。介绍
小湾水电站拱坝在中国大陆是世界第二高拱坝在292米(958英尺)1- - - - - -3]。小湾水电站拱坝的动力性能引起了从世界各地的研究人员关注4,5]。收缩关节控制随机放置在拱坝开裂,减少主要是由于体积或收缩变硬的材料(5- - - - - -10]。明显,收缩的影响关节振动特性有一个关键的角色在分析动态属性的如此高的大坝。固有的不连续性,收缩关节建立在大坝建设阶段(11]。他们可以改变结构的物理性质包括刚度、质量和阻尼,因此导致结构性变化的动态响应等地震反应(10]。
收缩的影响关节动态属性的大坝被广泛研究。代表研究如下。道林和大厅5)描述了一种非线性有限元程序对拱坝的逐步打开和关闭垂直收缩关节被认为是。艾哈迈迪et al。6)提出了一个非线性与耦合剪切和拉伸效果共同要素模型,模型的行为收缩关节在大坝蓄水系统。刘等人。8]零厚度的本构收缩联合联合建模元素在一个拱坝模型,可以模拟打开和关闭和剪切滑动行为,以及非线性抗剪键的联合影响。阿兹和Paultre10)开发了一种非线性联合元素来表示动态行为的垂直收缩关节在混凝土大坝,和元素可以用来描述部分共同开启和关闭以及切向位移。总的来说,大多数研究已经考虑收缩关节在地震响应的影响5- - - - - -10使用数值模拟)。值得注意的是,由于大量任务的复杂性,一些实验研究可检查细致的大坝的动态变形。
为了补救这种缺乏实验研究,这项工作的细致的动态响应实验措施小湾水电站拱坝分析收缩关节对其动态特性的影响。细致的动态响应是反映在一个操作偏转形状(ODS)。ODS是一个在线和现场动态响应的结构振动谐波由于特定谐波励磁频率。曼(11]阐明一个ODS的实际振动形状结构振动的位移或速度在稳态条件下针对特定结构加载。ODS的结构进行动态信息从一组模式的形状与结构自然频率的振动频率12- - - - - -14]。一个ODS可以提供比一个模式的形状,因为它更加灵活的动态信息可以在任何单一的谐振频率,不局限于固有频率(15]。ODS已经出现在各种应用程序有关的分析结构动态属性,通常结构损伤检测(16- - - - - -18]。
传统动态测量设施,例如,加速度传感器,不足的ODS获取大坝的比例模型,主要是因为它很难部署一个净加速度传感器实现细致的测量。特别是,众多传感器的附加质量会改变水坝被检查的动态属性。然而,这些缺陷可以克服传统设施最近开发的光学设备,扫描激光振动计(SLV) [19]。SLV主要特性非接触测量、高空间分辨率、完全自动加工、高测量精度(20.- - - - - -23]。这些特性,SLV适用于测量一个大坝的ODS模型。
在这项研究中,一个SLV利用收购规模模型的ODS的小湾水电站拱坝,目的是调查收缩的影响关节的拱坝的振动特征。
2。ODS的定义
线性结构的运动方程和谐波激励作用于结构(11] 在哪里,,的质量、阻尼和刚度矩阵,分别;,,分别是位移、速度和加速度;激励的振幅与频率。
谐波激励下位移响应的形式:。替换到(1)的收益率 解决(2)的收益率 在哪里的敏感性矩阵的实部稳态响应可以表示为 从(4),真正的速度响应可以派生的一部分
ODS是由评估定义(5)在不同的角度或次稳态谐波响应,与定义的角 ODS可以评估在特定角度,,在那里是点的数量在一个振动周期用来评估ODS和。因此,用于评估ODS的次数是由
速度ODS的定义 可以通过实验测量使用SLV [19]。
3所示。实验装置
小湾水电站拱坝(24)作为原型来获取实验标本研究收缩的影响关节的拱坝的振动特征。标本三1/1500-scale单元模型(图1)的全面小湾水电站拱坝。每个模型的主要维度是600毫米,300毫米和250毫米的长度、宽度和高度方向,分别。使用混合石膏模型是演员,重晶石粉,和水的配比1:1:0.78。每个模型关节被收缩的特点:模型我没有收缩关节(图2(一个));模型二世,一个收缩联合(图2 (b));和模型3,两个收缩关节(图2 (c))。每个收缩节理长度方向垂直和跨越1毫米。
(一)
(b)
(c)
电磁base-excitation系统由彗星USB控制振动器控制系统(图1)用于谐波激励模型。稳步的模型振动模型的侧表面由SLV扫描生成ODS (Polytec埃因霍温- 400)。的基本激励以恒定的振幅是固定的加速度,5 m / s2的时候将ods的三个模型在同等水平。
4所示。结果与讨论
4.1。固有频率和ODS
以下4.4.1。固有频率
增加频率的一个周期啁啾是用来激发一个拱坝模型生成一个动态响应。应对唧唧喳喳的比值在频域定义了频率响应函数(降维)。润扬悬索桥的山峰指定模型的固有频率。收购了润扬悬索桥的第一固有频率,三个模型识别(表1)。显然,固有频率随数量的增加而减小收缩的关节。这种减少的结果可以解释为减少模型刚度由收缩引起的关节。
4.1.2。ODS
(1)模式的形状。模式主导一个ODS只有当振动频率等于1的自然频率,在这种情况下,一个模式的形状可以被看作是一个特定的ODS (18]。碱激发,对拱坝模型。当模型稳定振动,模型的侧面由SLV扫描生成ODS形状由相应的主导模式。显示在数据获得的模式形状3(一个),3 (b),3 (c)分别为模式I, II, III。数据的速度云图表示模式形状和普通网指定初始静态的形状模型。最初的静态形状作为参考,以反映振动ODS变形带。在图3 (c),它可以观察到基础激励的结果在一个模式形状偏离最初的静态形状。的ods直观地说明了振动特征模型;ods之间的差异表明收缩的影响关节模型的动态属性。由于大坝的几何形状复杂,不容易确定一般关节影响ods的收缩。
(一)模型
二世(b)模型
三世(c)模型
(2)ODS 100 Hz的基础激励。一个ODS代表一个广义动态谐波激励下结构的挠度,可能引起的活跃,环境,或自激15]。与普遍性,更低的频率100赫兹是任意选择的生成基础激励,引起ods数据所示4(一),4 (b),4 (c)分别对模型I, II, III。在图4 (c),整体模式形状偏离最初的静态形状作为基础激励的结果。在这些数据中,ods显然说明三峡大坝的振动,从收缩的重要影响关节振动变形反映了ods的变化。
(一)模型
二世(b)模型
三世(c)模型
4.2。逐点的振动特性
进一步研究收缩的影响关节拱坝模型的振动特征,逐点的振动特性进行了分析。评估使用逐点的振动特征速度振幅振动测量在指定点。在这里,速度振幅的平均速度点,这个点的振幅振动足够的时间适应不确定性的振动。测量两组点(图5)被认为是:一组涵盖了测量分通过分布均匀和水平的模型;另一组涵盖了测量分通过位于沿中线垂直的模型。
稳步而振动模型由于100 Hz的基础激励,一个特定的速度测量的观点是由SLV获得时间剖面测量,评估速度振幅。表2列出了速度振幅测量分对模型I, II, III。速度振幅的比较对模型I, II, III是描绘在图6。同样的,表3和图7代表着速度模型振动时振幅的基本激励。
从表可以观察到2和图6我的水平速度振幅模型相似模型II当每个模型受到基地激发在100赫兹,而第三模型具有更高的速度振幅。在基地的情况下激发,这三个模型的速度振幅在同一水平,但包含可观察到的差异。
表4介绍了垂直速度振幅对模型I, II, III受到基地激发在100赫兹。图8显示垂直速度振幅的比较这三个模型。
速度测量振幅点在垂直方向受到基地激发如表所示5。速度振幅的比较这三个模型显示在图9。
表4和图8显示速度振幅在垂直方向相似模型I和II当每个模型受到基地激发在100赫兹,而模式III显然是更高的水平。表5和图9显示速度振幅对应于基地激发第三,最低速度振幅发生在模型。此外,结构最大反应速度增加模型的从下到上部分对整个模型受到基地激发。
5。结论
三个模型被收缩的特点阐述了关节,以研究细致的著名的小湾水电站拱坝的动态响应。细致的动态响应是通过ODS SLV-based测量的光学测量系统。ods的收缩的影响关节高拱坝的振动特征的调查。从这个有利的研究中观察到的一些情况如下:(我)收缩关节可以显著影响拱坝的动力特性;因此,他们的最优部署对大坝的性能至关重要。(2)SLV是一种先进的工具获取大量的细致的振动变形的大坝。这个工具是优于传统的动态测量设备。(3)这项研究的结果为实验提供指导高拱坝的动态行为的分析。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
s s王承认金融支持中国国家自然科学基金(批准号11132003和11132003)和江苏省的清兰科技创新项目(批准号2014011)。