水工結構動力模型試驗

簡介

水工結構動力模型試驗(Hydraulic structure dynamic model test)是指通過以相似原理製作的模型和所施加的動力荷載來研究水工結構物的動力特性及其在各種動力荷載作用下的動力回響的試驗。

結構的動力特性

結構的動力特性包括：自振特性(頻率、振型及阻尼)和幅頻回響函式(幅頻特性和相頻特性)。作用在水工結構上的動力荷載有地震荷載、爆炸荷載、動水荷載和機械運行所引起的震動荷載等。上述動水荷載，研究下泄水流對下遊河床產生的脈動荷載，是通過水彈性模型試驗來進行的。

到20世紀末所進行的水工結構動力模型試驗，大都是指結構及其基礎是處線上彈性範圍內工作的。至於通過動力模型試驗研究結構的非線性動力問題, 例如研究結構的動態屈服條件、破壞機理以及土壩、土基等的動力問題，正在開展多方面的研究，例如通過動力試驗研究土的動力特性、土壩及基礎的液化問題等，都已取得一些成果。

方法優缺點

進行結構的抗震模型試驗通常有兩種加振方式。

一種是用激振器的方法，即用能改變頻率的正弦被激振器對模型進行激版，使壩體模型發生穩態共振，由此測定壩體的動力反應特性。用任意激振器也能測定結構的動力特性，但數據分析較為麻煩。上述套用激振器方法的優點是設備簡單，可利用靜力試驗的模型來進行，不需另制模型，因此比較經濟。但這種方法主要缺點是不能從地基下面輸入地震波，沒法考慮由於地震產生的地基變形對結構的影響。因此，要完全真實顯示出結構的動力反應還有一定的困難。

另一種加振方法是用振動台來進行動力結構模型試驗。性能先進的大型三向模報地震的振動台，可在台上進行大壩、地基和庫水體系三者共同作用下的動力模型試驗，以研究比較能反映尖際情況的大壩及基礎的動力反應特性，還可進行大壩模型的抗震破壞試驗以研究其極限抗震能力及破壞機理。振動台採用三參量寬頻域閉環模擬控制迴路，它可以對振動台各自由度的傳遞特性進行最佳化。配備有100通道的數據採集系統和功能齊全的數據處理系統等，技術性能先進。此種振動台已完成多項大型水工結構的抗振模型試驗研究。