考虑流固耦合效应的弧形钢闸门地震动力响应研究

来源：水资源与水工程学报杂志2021年第3期北京时间：

作者：刘丰,王正中,厉宽中，徐超,仵凡,张欢龙,张学东

单位：（1.西北农林科技大学水利与建筑工程学院,2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,3.黄河勘测规划设计研究院有限公司

摘要：在地震高发的中国西南地区，地震激励对弧形钢闸门的安全持续稳定运行影响较大，有必要对弧形闸门在地震作用下的动力响应及安全性进行研究。以某工程表孔弧形钢闸门为例，通过建立考虑水体和结构耦合作用的三维数值模型，研究了弧形钢闸门地震动力响应，然后利用重力坝-库水流固耦合模型验证了计算方法的准确性和有效性，最后对弧形钢闸门进行动力时程响应分析，计算了弧门地震动水压力，并与规范方法进行对比。结果表明：本文提出的考虑流固耦合效应的动力响应分析方法适用于闸门地震动力响应计算；流固耦合效应对弧形钢闸门地震动力响应影响较大，考虑流固耦合效应的闸门动力响应计算结果比规范明显增大，两者最大比值达到2倍以上。闸门结构动位移响应峰值在闸门面板顶部中心，动应力响应峰值发生在下主横梁跨中；流固耦合的动力计算表明该闸门结构刚度满足规范要求，强度不能满足，上、下主横梁处为结构动力响应薄弱环节；对高水头采用规范法计算的地震动水压力偏大，对低水头动水压力计算结果偏小。考虑流固耦合的闸门结构动力响应分析研究能反映其真实力学特征，对于地震高发区弧形钢闸门的结构设计和安全评价具有参考意义。

关键词：弧形钢闸门,地震,动水压力,流固耦合,地震动力响应

基金资助：国家自然科学基金项目(51179164)； 国家自然科学基金青年基金项目(51505388)； 国家科技支撑计划项目（2012BAD10B02）