馬 斌，郭乙良

(天津大學 水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300350)

隨著我國高壩大庫的建設，閘門設計朝著大孔口、大流量、高水頭方向發(fā)展，鋼閘門的建設安裝要求也不斷提高。水工鋼閘門按門頁的外觀形狀主要分為平板鋼閘門和弧形鋼閘門兩類。平板鋼閘門的擋水面是板式平面，具有構造簡單可靠，制造安裝難度小、運輸較方便等優(yōu)點；弧形鋼閘門擋水面為圓柱體的部分弧面，閘門不設門槽，啟閉力較小，水力學條件較好，故常作為工作閘門應用于各種形式的水庫大壩中。

歷史上不乏閘門因振動失穩(wěn)導致大壩失事的事故。1995年7月，美國加利福尼亞州福爾瑟姆壩溢洪道閘門在例行開閘泄水過程中，閘門產(chǎn)生巨大振動，進而弧形閘門右支臂向內(nèi)側(cè)彎曲，閘門支鉸鉸軸被剪斷，導致閘門破壞，閘門右半邊部分被沖到庫區(qū)下游[1]；2014年，付亮等[2]的研究中提及湖南省溪水電廠7#和8#進水口工作閘門在機組甩負荷工作和過速試驗兩種情況下均發(fā)生了劇烈振動，最終導致閘門的反向支撐損壞，給水電站運行帶來巨大的安全隱患。由此可見，閘門振動會對水電站的安全運行構成巨大威脅，閘門振動已成為當今水利工程中一個重要課題。本文就此介紹了閘門振動現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀和未來研究方向，為以后研究提供參考。

1 水工鋼閘門振動現(xiàn)象的描述與認識

1.1 閘門振動現(xiàn)象及分類

水工鋼閘門(包括閘門門葉、支承結(jié)構、止水部件等)屬于彈性體系，在某些因素(如高速水流沖擊)作用下會發(fā)生振動現(xiàn)象。當水頭較低，擾動較小時，振幅和頻率較小，振動對水電站安全運行基本無影響；但當水頭較高、流量較大時，振幅和頻率相應增大，閘門振動加劇，危及大壩水庫安全運行。因此，控制閘門振動是水庫大壩安全運行的一項重要課題。

實際研究中發(fā)現(xiàn)，閘門振動往往是在流固耦合作用下產(chǎn)生的，國內(nèi)外學者對流激振動激勵機理已有了較多研究，下面介紹幾種代表性的分類方法。

首先是美國學者Blevins[4]按照流體誘發(fā)的振動類型將其分為穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動兩大類，又根據(jù)誘發(fā)振動的原因細分出了多種振動形式，如圖1所示。

圖1 Blevins流體誘發(fā)振動分類

德國學者Naudascher[5]按激勵原理將振動類型分為3類：(1) 外部原因誘發(fā)振動。由于水流具有波動性，水流波動產(chǎn)生的脈動壓力或脈動速度引發(fā)閘門振動，此種振動通常不包括振動系統(tǒng)內(nèi)部因素。(2) 不穩(wěn)定原因引起閘門振動。由不穩(wěn)定水流引起的作用力，這種情況在工程中很常見，比如當水流流經(jīng)閘門底緣處時，由于流態(tài)的變化產(chǎn)生不穩(wěn)定旋滾以及交變剪切流在閘門底部的相互作用。(3) 運動引起的振動(自激振動)。這種振動的產(chǎn)生是由閘門自身結(jié)構運動引發(fā)周期性作用力，再反作用于閘門上引起的，振動會隨著閘門運動的消失而逐漸減弱并消失。后兩種振動往往具有較大的振幅，實際情況中閘門振動往往是由多種原因引起的，需要具體分析。

練繼建等[6]研究表明，對閘門安全影響最大的振動類型是大幅度不穩(wěn)定性振動和閘門的自激振動，并給出了負阻尼失穩(wěn)和負剛度失穩(wěn)兩種形式。針對前文所述的兩種振動類型,在前人研究的基礎上，分別給出了弧形閘門、大跨度殼式閘門和水力自控翻板的振動穩(wěn)定性指標，為設計無大振幅不穩(wěn)定性振動的閘門提供了很好的參考依據(jù)。

1.2 閘門振動等級標準

當今工程設計和運行中還不能完全避免閘門振動的現(xiàn)象，當出現(xiàn)閘門振動時，需要對閘門振動的劇烈程度給出具體的評判等級。在水利水電工程中，建議將振動對閘門的危害程度分為4個等級：

(1) 基本不振：屬于1級，振動量一般可以忽略不計，在工程中比較少見。

(2) 微小振動：屬于2級，其振動量可控制在允許范圍之內(nèi)，無危害性，在工程中普遍存在。

(3) 中等振動：屬于3級，振動量接近于允許的最大值，因該等級振動會對閘門結(jié)構安全構成威脅，需要加強監(jiān)測并采取一定的措施控制振動。

(4) 嚴重振動：屬于4級，振動量值達到甚至超過允許值，該種振動非常危險，不允許出現(xiàn)。

參照以上4個等級，采取以下兩種準則作為振動的評判依據(jù)。具體準則如下：

(1) 采用振動的均方根位移值作為振動的參考值，依照美國Arkansas河閘門振動危害程度標準判定，動應力值不應大于結(jié)構材料允許應力值的20%，可簡化稱為“位移和動應力”判據(jù)[7]。具體判別標準為：平均位移0 ～ 0.050 8 mm，0.050 8 ～ 0.254 0 mm，0.254 0～ 0.508 0 mm，大于0.508 0 mm；對應振動危害程度為忽略不計(可正常運行)、微小危害、中等危害和嚴重危害。

(2) 結(jié)構部件的動態(tài)響應振幅與頻率之間的關系應滿足Patrikat公式，即結(jié)構構件的振幅A與結(jié)構構件頻率f的綜合效應，在對數(shù)坐標上將危害程度劃分為穩(wěn)定、合理穩(wěn)定、可以采用、稍不穩(wěn)定、不穩(wěn)定和很不穩(wěn)定6個區(qū)域，并且給出了安全臨界振幅A應小于某頻率f的函數(shù)表達式，即：

lgA<3.14-1.16lgf

該準則可簡稱為“振幅與頻率的關系”[8]。

2 閘門振動研究方法及先進技術

閘門振動屬復雜的水彈性力學問題，至今仍未搞清楚振動的發(fā)生機理。閘門流激振動問題的研究方法目前主要分為原型觀測、模型試驗和數(shù)值模擬三類。除此之外，基于混沌理論對閘門振動機理進行研究是近年來比較新的一種研究思路。

2.1 原型觀測

由于閘門振動的復雜性，原型觀測是最常用的研究方法。針對閘門振動問題，主要指水工鋼閘門動水壓力、動力響應和結(jié)構動力特性的觀測。

2.1.1動水壓力觀測 在閘門局部開啟或動水啟閉過程中由于水流脈動壓力的作用引起閘門振動，當脈動水壓力的頻率接近結(jié)構低頻區(qū)時，會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，進而導致結(jié)構破壞。故在動水壓力的觀測中需要觀測脈動水壓力的頻譜特征，及脈動水壓力的最大值、最小值和均方根值。脈動水壓力的測量主要采用壓電式脈動壓力傳感器。由于實際測量中需要在面板上打孔安裝傳感器，這樣的操作容易導致面板結(jié)構受損。嚴根華等[10]在實際測量中，將底緣螺栓取出后把傳感器安置在螺栓孔中，也測得了較為理想的脈動壓力特征信息。對于原型觀測數(shù)據(jù)的分析處理，多采用隨機函數(shù)的方法來估計數(shù)據(jù)的頻譜特征，分析振動的內(nèi)在機理。

2.1.2動力響應觀測 閘門的動力響應觀測內(nèi)容包括振動加速度、振動應力和振動位移。通過應變片測得應變大小，依據(jù)胡克定律計算得到測點應力值。在閘門不同部位安裝加速度傳感器，通過傳感器來采集振動加速度。壓電式加速度傳感器因具有體積小、重量輕、頻域?qū)捈翱煽啃愿叩葍?yōu)點得到了較為廣泛的應用。通過對振動加速度信號的二重積分來獲取振動位移，也可采用目前精度最高、定位最準確的三維攝影測量技術采集[11]。該技術從不同視角拍攝同一事物，通過三角測量原理對圖像中同一特征點的像素位置相差值進行計算，最終得到該特征點的三維坐標[12]。測量數(shù)據(jù)完成后，運用隨機函數(shù)理論和譜分析方法處理數(shù)據(jù)，得到閘門振動量級大小和相應的譜特征。

2.1.3結(jié)構動力特征 閘門失穩(wěn)通常是因閘門共振所致，因此有必要對閘門結(jié)構的動力特性進行觀測，觀測內(nèi)容包括結(jié)構的固有頻率、阻尼比、振型等。大型結(jié)構的動力特性測量方法主要包括試驗模態(tài)分析法和工作模態(tài)分析法。試驗模態(tài)分析法又具體分為共振法、脈動法和錘擊法3種，一般試驗往往采用錘擊法。在天生橋弧門[13]和萬安樞紐弧門[14]的原型觀測中，從不同方向?qū)﹂l門整體和支臂局部進行測試，最終得到共同的規(guī)律，即支臂局部相比于整體在同一振動方向上的測量結(jié)果偏大。

2.2 模型試驗

在模型上量測閘門振動特性和應力狀態(tài),要求模型同時滿足水流相似和結(jié)構相似條件。因相似率和模型材料的限制，同時在一個模型上滿足水流相似和結(jié)構相似難以實現(xiàn)，故閘門振動試驗通常分為水流試驗和結(jié)構試驗，在不同的模型上分別量測閘門的結(jié)構特性和水流脈動特性。因此無法獲得實際運行時結(jié)構與水流相互作用的振動特性，這就使閘門運行安全性的判定只能通過間接比較的方法進行。這種判斷往往不夠準確，因為按水流相似條件制作的閘門模型，只保證了與水流接觸面的幾何相似，不考慮彈性力與質(zhì)量力的影響，實際上閘門與水流之間的相互作用會對結(jié)構的振動特性產(chǎn)生很大影響，不可忽略；另一方面,按照結(jié)構相似條件制作的閘門模型，由于沒有合適的模型材料，模型難以承受較高水壓，且閘門的結(jié)構振動試驗只能在空氣中進行，無法考慮流固耦合作用的影響，因此這種試驗也不盡合理。

針對該問題，相關學者做了大量研究，提出了水彈性模型試驗方法。水彈性模型試驗的關鍵就是找到滿足相似條件的材料，但由于滿足水彈性相似條件的材料比較難找，在20世紀80年代就出現(xiàn)了變態(tài)水彈性模型。此類模型采用PVC材料制作，通過增加材料的厚度使模型剛度近似達到相似，并通過在模型上粘貼附加質(zhì)量使質(zhì)量分布近似相似。歷史上進行了許多這樣的閘門振動試驗：1992年，長江科學院曾采用這種方法進行過三峽船閘輸水廊道反弧段閘門的動力特性和流激振動模型試驗研究[15]。這種模型可近似地揭示閘門的流激振動特性，但存在一定誤差，且不能進行動應力測量。

近年來，水彈性模型材料問題已基本解決，全水彈性模型試驗也越來越普遍[16- 17]。馬斌[18]針對高拱壩模型試驗問題，詳細論述了水彈性模型的相似原理和模擬范圍、針對材料特性對拱壩動力特性的影響，給出了水彈性模型的模擬范圍，并實際應用到了拉西瓦高拱壩及反拱形水墊塘流激振動響應問題中；李火坤等[19]根據(jù)水彈性相似要求，模擬制作了閘門-支撐結(jié)構-啟閉系統(tǒng)水彈性模型，在局部開啟的條件下進行了流激振動試驗，研究了弧形閘門流激振動各水力學要素的變化趨勢，了解了弧形閘門振動的部分特性。

2.3 數(shù)值模擬

水工鋼閘門受水流影響會發(fā)生變形和運動，變形和運動又會反過來影響流場，這種相互作用稱為流固耦合。流固耦合一般可分為兩類，一類為僅發(fā)生在流體與固體交界面上的耦合作用，例如閘門振動、船舶工程中的船舶表面與水接觸的相互作用都屬于此類耦合作用；另一類為發(fā)生在流體和固體兩項域內(nèi)部的耦合作用，例如水利工程中的滲流問題，流體會滲入土體內(nèi)部，二者在土體內(nèi)部相互作用、相互影響。

流固耦合的概念源于20世紀30年代，后經(jīng)不斷發(fā)展，其研究也逐步加深?，F(xiàn)在運用計算機模擬流固耦合作用的數(shù)值模擬方法已經(jīng)基本普及，該法首先對耦合作用的控制方程進行離散，對離散后的各個微元逐步求解，最終可達到求解整個控制方程的目的。其中對控制方程的離散通常采用有限元法、邊界元法和有限體積法。

Kizenkidwiscz給出了求解流固耦合問題有限元法的一般格式[20]。而有限元法中的歐拉法因其克服了拉格朗日法中的一些弊端且求解方程更簡單，故其一般格式常作為有限元法的基本方程。潘文祥[21]采用有限元軟件ANSYS計算了弧形閘門的干濕模態(tài)，分析并給出了閘門支臂的優(yōu)化方案。借助邊界元法可將三維的流固耦合問題轉(zhuǎn)化為一維問題，該法適用于求解接觸型耦合問題。嚴根華等[22]將流體和閘門結(jié)構的耦合作用看作求解流體運動的邊值問題，通過三維邊界元和有限元的混合模型計算了閘門的自振頻率，計算結(jié)果和模態(tài)試驗結(jié)果吻合較為理想。有限體積法則通過積分形式計算每個網(wǎng)格的積分方程最終求解整個求解域。董克青等[23]運用CFD計算軟件FLUENT建立了水庫、引流道、工作閘門和蝸殼的三維數(shù)值模型。利用有限體積法計算了閘門動水閉門過程，并對實際工況和設計工況進行對比分析，發(fā)現(xiàn)在兩個剪斷銷剪斷情況下閘門無法閉門的原因是摩擦力過大，并指出隨閘門開度減小，閘門會發(fā)生垂向振動。

目前用數(shù)值模擬方法求解流固耦合問題已得到了較為普遍的應用[24- 25]，但現(xiàn)有計算方法中忽略了水體附加阻尼、附加剛度等問題，針對閘門復雜邊界問題模擬的效果也不理想，今后需加強這些方面的研究。

2.4 混沌理論在閘門振動問題中的應用

混沌源于非線性體系，即在確定的體系中出現(xiàn)看似無規(guī)律的現(xiàn)象，以及在看似無規(guī)律、無序的現(xiàn)象中隱藏特有的規(guī)律性。早在19世紀末混沌理論就已經(jīng)被提出；1963年，氣象學家Lorenz[26]在數(shù)值試驗中發(fā)現(xiàn)“確定性的非周期流”現(xiàn)象；1984年郝柏林編寫的《混沌》一書對我國混沌理論的發(fā)展具有深遠影響。

閘門振動是一種非常復雜的、非線性現(xiàn)象，無法通過簡化模型的方式來研究復雜的振動規(guī)律；因其振動本身為非線性的，故在測量原型或水彈性模型試驗后，通過混沌理論分析數(shù)據(jù)即可得到流激振動的混沌特性，了解閘門振動的內(nèi)在規(guī)律?；煦缋碚摓殚l門振動的研究提供了一種新的思路。近年來也有學者開始了這方面的研究，2014年，羅貝爾[27]以閘門振動中實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，以混沌理論為基礎，分別運用混沌初步識別方法、相空間重構理論、混沌特征量對比分析等方法，研究了閘門振動過程中高速水流的運動特性和振動加速度中蘊含的規(guī)律，揭示了閘門振動中存在的混沌現(xiàn)象及特征；2018年，張健等[28]在研究弧形閘門支臂振動時運用混沌理論，識別出了弧形閘門支臂振動時的混沌非線性動力學行為，并利用MATLAB進行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)了混沌現(xiàn)象產(chǎn)生的途徑。

3 閘門振動誘因分析及閘門優(yōu)化措施

閘門振動會影響水電站運行安全，嚴重時會引發(fā)重大事故，因此有必要研究閘門振動失穩(wěn)的原因。根據(jù)研究成果，將閘門振動誘因分述為以下幾點，并針對不同誘因相應地提出了閘門優(yōu)化措施。

3.1 閘門止水漏水引起的振動

閘門止水因剛度不足、水封設計不當、水封構造不合適或止水底板安裝不平整等原因，導致閘門局部漏水而引起的閘門振動[29]。從止水與閘門底板處漏出的高速水流作用于止水部件上，引起止水部件振動并帶動閘門振動，當漏水量較大時，水流從閘門頂止水射出，直接作用于閘門梁格引起閘門振動[30]。對于該種情況，應提高施工質(zhì)量，保證閘門面板、水封、胸墻平整度，嚴控止水密封性，定期維護和更換水封，消除因水封局部漏水所形成自激振動的隱患[31]。皎口水庫底孔弧形閘門止水曾因水封設計不當，頂止水發(fā)生翻卷導致局部漏水，在小開度和較大開度運行時閘門支臂劇烈振動，最終閘門失穩(wěn)引發(fā)嚴重事故，后通過改進水封設計，優(yōu)化閘門結(jié)構解決了閘門振動問題[32]。

3.2 波浪沖擊閘門引起的振動

當閘前水位接近胸墻底部或略低于胸墻時，較大的風浪、涌潮現(xiàn)象會在胸墻底部或弧形閘門漏出水面的部位形成封閉氣囊?？諝獗粔嚎s后產(chǎn)生較大的壓力作用于閘門上，引起閘門振動，當振動過大時會發(fā)生弧門支臂失穩(wěn)。為保證泄流過程的排氣通暢，應在胸墻底部設置通氣孔，并在門前設防浪柵，可有效減小涌浪對閘門的沖擊，從而避免閘門產(chǎn)生振動[30]。

3.3 因平面閘門底緣形式不當引起的振動

平面閘門底緣形式不當同樣會引起閘門振動。不合適的底緣形式會造成閘門底緣處流線不平順，在閘底處易產(chǎn)生負壓，閘門啟閉難度增大，水流脈動壓力突增，最終引起閘門強烈振動。為避免出現(xiàn)這種情況，在設計平板閘門時，應力求通過閘門底部的流線順暢，按照閘門設計規(guī)范，平板閘門底緣傾角以上游傾角不小于45°，下游傾角不小于30°為宜；當不能滿足設計角度要求時，應采用適當?shù)难a氣措施；對于高水頭大流速的情況應考慮把閘門底主梁設計為封閉式結(jié)構，以求閘底過流通暢，改善水流流態(tài)[33]；且在運行過程中盡量保證閘門開度不小于底部主梁寬度，閘后無淹沒出流。

3.4 平板閘門門槽空蝕引發(fā)的閘門振動

閘門在運行過程中，當水流流經(jīng)門槽部位時，因門槽的突變導致水流流態(tài)突變，在門槽附近發(fā)生負壓空化，造成空蝕破壞，水流產(chǎn)生的負壓引起閘門振動。針對這種情況，需要在滿足過流要求的前提下，盡可能降低門槽處的突變，保證水流流態(tài)平穩(wěn)，具體細節(jié)應嚴格按照規(guī)范[34]要求并嚴控施工質(zhì)量；對于一些高水頭、大流速的異型門槽，在必要情況下需進行數(shù)值模擬和減壓試驗來保證閘門不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象[33]。

3.5 閘后淹沒出流引發(fā)的閘門振動

在某些運行工況下閘后會發(fā)生淹沒出流，閘后淹沒水躍對閘門產(chǎn)生強烈沖擊，巨大的脈動水壓力會引發(fā)閘門的強迫振動，威脅閘門的安全運行。為避免出現(xiàn)這種情況，首先應考慮如何將閘后渦流尾跡推至遠離閘門的下游，保證閘后流態(tài)平穩(wěn)；例如根據(jù)實際運行需求調(diào)整運行工況，避免靠近閘門下游段產(chǎn)生淹沒水躍；若無法調(diào)整運行工況，則建議提高閘門及閘門懸吊結(jié)構、支撐結(jié)構的剛度來保證閘門的安全運行[33]。

3.6 支承結(jié)構不當、運行工作參數(shù)等引起的閘門爬行振動

圖2 閘門爬振特性分析示意Fig.2Schematic diagram of gate vibration characteristics

研究發(fā)現(xiàn)，閘門的支承結(jié)構設計不當、運行工作參數(shù)不宜、支承結(jié)構直徑過小、閘門自重過輕或閘門止水漏水均有可能引起閘門發(fā)生大幅度爬振現(xiàn)象。爬振現(xiàn)象最早被發(fā)現(xiàn)于機械領域[35]，在數(shù)控機床低速運行時經(jīng)常會出現(xiàn)移動部件時快時慢、忽跳忽停的現(xiàn)象，這樣反反復復的運動現(xiàn)象稱為爬振。近些年在水工平板鋼閘門運行過程中也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。具體如圖2所示，根據(jù)波形特點，將持住力劃分為AB,BC和CD段。首先隨著事故門的不斷下落，閘門上所受的水推力逐漸增大，支承結(jié)構的摩阻力也相應增加。對于閘門啟閉速度較慢的情況，當閘門自重、所受下吸力等豎直向下的合力不足以克服閘門所受的摩擦力時，閘門停止下落，此時鋼絲繩微松，閉門持住力減小，對應于圖中AB段；緊接著因水流脈動的影響，閘門在某一時刻受到的豎直向下的力增大，支承結(jié)構處的靜摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽Σ亮?，閘門突然開始向下運動，持住力迅速增大，對應于圖中BC段；當持住力不斷上升至C點時，閘門即完成了一個典型周期的爬振。最終，若水流脈動引起的下吸力也不足以克服閘門摩擦力時，閘門無法完全閉門，持住力降低至零。這樣的過程稱為閘門的爬振現(xiàn)象。對于平板閘門的爬行振動，需通過改變閘門的支承結(jié)構、降低上游工作水位、提高閘門啟閉速度、增大支承結(jié)構直徑或適當增加閘門配重等方式來減輕甚至消除爬振現(xiàn)象。

3.7 特殊情況下的閘門振動

除上述6種引起閘門振動的誘因，在某些特殊情況下閘門也會發(fā)生振動，如某些低水頭弧形閘門，當閘前水位高于弧形閘門門頂高程時，產(chǎn)生閘頂和閘底“雙層過流”的復雜情況，惡劣的過流條件會在閘后形成水流旋滾不斷沖擊閘門，引起閘門的強烈振動；又比如某些深孔泄洪洞中的閘門，在閘門開啟或關閉過程中會在閘后出現(xiàn)明滿流交替的惡劣水流現(xiàn)象，水流劇烈翻滾引起閘門強烈振動[36]；在一些運用了液壓啟閉機的表空弧形閘門中，雙缸不同步或啟閉機液壓油缸靜密封過緊，造成在啟閉閘門過程中活塞桿卡阻，都會引起閘門振動[37]。對于這些特殊情況下的閘門振動，需針對性地設計解決方案。如針對潛孔式閘門需注意閘后通風補氣的設計，在閘后段設置通氣孔，在流道內(nèi)充水過程中可幫助閘后段向外排氣，在流道泄水過程中向流道內(nèi)補氣，減輕閘門振動。

4 弧形閘門動力穩(wěn)定

弧形閘門是水工鋼閘門中十分重要的一類。針對弧形門振動的相關研究也一直是國內(nèi)外研究的重點。但到目前為止，關于弧形閘門振動的研究還處于理論探索階段，包括弧形閘門設計方法在內(nèi)的很多的問題還未能得到有效解決。

相關學者通過多種研究方法對弧形閘門振動問題進行了深入研究。姬銳敏等[9]對弧形閘門原型觀測中運用到的觀測方法、技術手段和分析處理方式進行了討論。針對典型的幾類弧形閘門運用現(xiàn)有的閘門振動安全評價方法進行評價，發(fā)現(xiàn)不同方法得出的結(jié)論之間有一定偏差，閘門振動的安全評價缺少統(tǒng)一的評價標準。趙蘭浩等[38]結(jié)合模型試驗和數(shù)值模擬兩種方法，將模型試驗上測得的水流脈動壓力轉(zhuǎn)化為節(jié)點荷載，作為輸入條件施加于有限元模型上，利用隨機振動法計算弧形閘門流激振動的應力響應和位移響應，既節(jié)約了時間，又具有一定準確性，為大型弧形閘門的安全評估提供了參考依據(jù)。針對弧形閘門發(fā)生的參數(shù)共振，章繼光等[39]調(diào)查分析了20余座失事的低水頭輕型弧形閘門，認為閘門失穩(wěn)是由于支臂發(fā)生失穩(wěn)所致。但其分析的閘門均為低水頭輕型弧形閘門，并不能準確反映高水頭弧形閘門的空間框架效應?？傊?，弧形閘門因參數(shù)振動導致動力失穩(wěn)是閘門發(fā)生振動失穩(wěn)的主要原因，但目前關于參數(shù)振動的研究還十分有限，缺乏統(tǒng)一的評價標準，需加強這些方面的研究。

5 水工鋼閘門的振動控制

水工鋼閘門振動控制的主要目的是為保證閘門在任何開度下均可正常高效運行。下面著重介紹通過主動和被動控制的方法來解決閘門振動問題。2014年，廖國江[40]針對磁流變彈性體(MRE)在振動控制應用中存在的問題，對吸振和隔振問題做了相應研究，解決了MRE在振動控制中的器械設計和控制算法問題，初步實現(xiàn)了MRE的工程應用；2017年，盛濤等[41]運用液體質(zhì)量雙調(diào)諧阻尼器(TLMD)技術成功實現(xiàn)了阻尼器對結(jié)構振動的有效控制。雖然MR阻尼器的原理還未研究清楚，阻尼器的振動控制理論未研究透徹，包括MR阻尼器的具體布置位置、參數(shù)設置等問題都沒有形成完整的技術體系，可是從已有的研究成果來看，MR阻尼器無疑可對閘門振動起到很好的控制作用，越來越多的學者也開始關注如何通過阻尼器件主動控制閘門振動，運用數(shù)值模擬和全水彈性模擬相結(jié)合的方法，具體研究如何通過MR阻尼器件解決閘門振動問題[42]。

6 未來研究方向

雖然已經(jīng)有了一些研究成果，但閘門振動問題并未完全解決，還需持續(xù)深入地研究。對于未來的研究方向，可參考以下幾點：

(1) 關于水工鋼閘門強迫振動和自激振動已有的研究成果，可考慮設計一套動力計算體系，為實際工程提供相應的計算指導。

(2) 水工鋼閘門的參數(shù)振動研究尚停留在數(shù)值模擬和理論分析階段，對閘門參數(shù)振動的機理性研究還需加強，同時需加強閘門模型試驗和原型觀測的相關研究，加快完善閘門參數(shù)振動的相關理論。

(3) 在實際工程中，參數(shù)振動、自激振動、強迫振動三者往往會同時發(fā)生，關于三者同時發(fā)生時的相互耦連狀態(tài)研究尚存空白，需加強這方面的研究。

(4) 關于閘門振動的主動控制理論、具體操作方法尚未研究清楚；針對閘門振動研究方法中混沌理論的具體應用還處于剛剛起步的狀態(tài)；對于引發(fā)閘門爬振現(xiàn)象的誘因尚處于研究階段，在后續(xù)研究中仍需加強，為閘門的設計和安全運行提供更為全面的技術指導。