岔河倒虹吸管桥的泄流振动响应分析

云南省昆明市掌鸠河引水供水工程是为了满足昆明市本世纪对城市供水的要求而规划建设的，工程设计流量为8m3/s，校核流量为10m3/s。其输水系统全长97km，沿线地形复杂，存在许多工程技术难题。特别是普渡河河谷上宽2000多m，倒虹吸内水压力水头高达414.533m，跨河管桥全长76.413m，垂直高差413.9m，采用上承式圆弧拱桥形式，拱桥为薄壁箱梁结构。输水管道采用钢管，其内径为2.2m，管桥段钢管壁厚为32mm。倒虹吸管内内水压力水头居国内首位，且充水流速很高，故对结构的流激振动响应的研究实属必要[26-27]。综合考虑各种相似条件，建立几何比尺为14.3的水弹性模型（图11.49），实验测试在管桥组合结构上共布置了128个测点。

图11.49　管桥结构的水弹性模型

对该结构水弹性模型的响应测试根据实际情况选定了以下五种工况：①实际输水量Q=10m3/s的工况，即校核工况；②实际输水量Q=8m3/s的工况，即设计工况；③实际输水量Q=5m3/s的工况；④实际输水量Q=3m3/s的工况；⑤实际输水量Q=1m3/s的工况。

在上述工况下，对第九段斜管和管桥组合结构中64个测点的动位移响应进行了测试，得出了每个工况下每个测点动位移响应的均方根，通过对这些测点的动位移响应进行计算比较，每个工况选出两个动位移均方根最大的点，各测点位置如图11.50所示，测试结果见表11.5。(www.xing528.com)

图11.50　岔河倒虹吸管桥组合结构的测点布置示意图

表11.5　岔河倒虹吸管桥各测点的动移均方根表　单位：μm

表11.5中各个流量下岔河倒虹吸动位移响应最大的测点中，测点C1、C2、C3、C5、C6、C7、C8、C9的动位移为水平方向，测点C4、C10的动位移为竖直方向，从表中可以看出，在校核流量Q=10m3/s时，C1点的位移响应最大，其原型的最大动位移均方根值为59.717μm，而在设计流量Q=8m3/s时，原型的最大均方值仅为10.725μm，前者比后者大近5倍，因此当流量超过设计流量时，流量增大，动位移响应显著增大。在流量Q=5m3/s时，原型的最大动位移均方根值为11.544μm，比设计流量时略大。总体来说，除在校核流量时动位移响应比较大外，在设计流量及其以下的各流量时动位移响应都比较小；测点在各流量下的动位移概率分布符合正态分布。