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大型水工结构的安全运行是我国水利事业得以蓬勃发展的关键。由于长期的负荷运行并伴随着温度变化、水流冲击、地震等环境荷载的影响,水工结构难以避免的出现结构疲劳和腐蚀,埋下安全隐患。这些隐患往往因为发生在结构内部而不易被察觉,对结构乃至整个工程系统的运行构成了巨大威胁,因隐患爆发时发生整个结构失效的事故的损失是不可估量的。随着水工建筑物越来越趋向于轻型化,开展大型水工结构的振动研究更为迫切与重要。 景电工程是中国提水灌溉工程中扬程最大的提水灌溉工程,被誉为“中华之最”。由于长期的负荷运行,泵站出水塔结构在运行过程中存在十分明显的振动问题,为泵站的正常安全运行带来了极大的隐患。本文以景泰川提灌站一期工程出水塔结构为研究对象展开水工结构模态参数辨识的研究,研究出水塔结构的振动特性,并在此基础上对其工作性态的评估。结合工程实例,对环境激励下的典型出水塔水工结构进行了以下主要内容的研究: (一)环境激励下出水塔结构工作模态参数辨识研究。结合工程实际特点,以环境为直接激励,现场采集了两组实验数据,分别命名为原始组与对照组。其中原始组侧重测试结构的整体性振动,对照组侧重测试结构的压力管道部分振动。在对实测信号进行小波滤波的基础上,分别采用时域识别方法中的特征系统实现算法和随机子空间算法对出水塔结构的模态辨识进行辨识,并将各阶模态参数识别结果进行平均处理,得到更为精确的模态辨识结果。 (二)环境激励下出水塔结构振动特性研究。依据出水塔结构实际运行情况,建立出水塔结构有限元仿真模型,计算得到结构的模态参数,并与原始组最终辨识结果进行比对,对模型的精确性予以验证。在有限元模型的基础上,对结构进行动力分析及谐反应分析,揭示了结构在各个方向的振动幅度及特点,分析了正常工作状态下出水塔结构的振动特性与其在环境激励下的工作性态。 (三)环境激励下出水塔结构工作性态评估研究。通过模型计算结果与对照组辨识结果的比对,对结构在实际运行工况下的工作性态进行了评估,结果表明研究内容与工程实际有很好的吻合度,可以作为类似研究的理论支撑与技术参考,具有很好的理论意义与现实意义。