[科普中国]-水工结构动力模型试验

水工结构动力模型试验(Hydraulic structure dynamic model test)是指通过以相似原理制作的模型和所施加的动力荷载来研究水工结构物的动力特性及其在各种动力荷载作用下的动力响应的试验。

简介水工结构动力模型试验(Hydraulic structure dynamic model test)是指通过以相似原理制作的模型和所施加的动力荷载来研究水工结构物的动力特性及其在各种动力荷载作用下的动力响应的试验。

结构的动力特性结构的动力特性包括：自振特性(频率、振型及阻尼)和幅频响应函数(幅频特性和相频特性)。作用在水工结构上的动力荷载有地震荷载、爆炸荷载、动水荷载和机械运行所引起的震动荷载等。上述动水荷载，研究下泄水流对下游河床产生的脉动荷载，是通过水弹性模型试验来进行的。

到20世纪末所进行的水工结构动力模型试验，大都是指结构及其基础是处在线弹性范围内工作的。至于通过动力模型试验研究结构的非线性动力问题, 例如研究结构的动态屈服条件、破坏机理以及土坝、土基等的动力问题，正在开展多方面的研究，例如通过动力试验研究土的动力特性、土坝及基础的液化问题等，都已取得一些成果1。

方法优缺点进行结构的抗震模型试验通常有两种加振方式。

一种是用激振器的方法，即用能改变频率的正弦被激振器对模型进行激版，使坝体模型发生稳态共振，由此测定坝体的动力反应特性。用任意激振器也能测定结构的动力特性，但数据分析较为麻烦。上述应用激振器方法的优点是设备简单，可利用静力试验的模型来进行，不需另制模型，因此比较经济。但这种方法主要缺点是不能从地基下面输入地震波，没法考虑由于地震产生的地基变形对结构的影响。因此，要完全真实显示出结构的动力反应还有一定的困难。

另一种加振方法是用振动台来进行动力结构模型试验。性能先进的大型三向模报地震的振动台，可在台上进行大坝、地基和库水体系三者共同作用下的动力模型试验，以研究比较能反映尖际情况的大坝及基础的动力反应特性，还可进行大坝模型的抗震破坏试验以研究其极限抗震能力及破坏机理。振动台采用三参量宽频域闭环模拟控制回路，它可以对振动台各自由度的传递特性进行优化。配备有100通道的数据采集系统和功能齐全的数据处理系统等，技术性能先进。此种振动台已完成多项大型水工结构的抗振模型试验研究。

水工结构动力模型试验采用种类水工结构动力模型试验中模型材料的研究选择十分重要，以往常采用的模型材料有橡胶、塑料、石膏、乳胶水泥以及水泥、矿物油、膨胀珍珠岩粉、重晶石粉、重晶砂等2。

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学