Abstract
This study examined the dynamic characteristics of the gate to identify the optimal gate installation direction according to the installation direction. A 1:31 scale model was constructed for a 47.5m prototype gate using acrylic. The scaled weights were tuned by adding lead weights. The first step was to measure the natural frequencies of the model gates, and compare them with finite-element analysis of the prototypes as a calibration. The scaled model was tested in a 1.6 m wide concrete flume for two orientations to determine the effects of the gate orientation on structural vibrations. Vertical vibrations were measured under a range of operational conditions, including a range of bottom opening heights and different upstream and downstream water levels. For large bottom opening heights in the normal direction, relatively large vibrations were induced by vortices shed at the plate bottom that would strike the horizontal truss member. This phenomenon was avoided in the reverse direction. For small bottom opening heights in the normal direction, these vibrations were caused by a suction force that developed at the gate bottom. The gate model in the reverse direction was preferred because of its low overall vibrational response under general gate opening and flow level combinations.
본 연구에서는 수문의 설치방향에 따른 최적의 설치방향을 규명하기 위하여, 모형 제작에 의한 수문 진동실험을 수행하고, 진동특성이 연구되어진다. 47.5m 원형게이트가 아크릴을 사용하여 1:31 축척으로 제작되고, 납으로 질량이 보완된다. 먼저 모형을 검증하기 위하여 모형의 고유진동수가 측정되고, 원형 수문의 유한요소 해석 값으로 부터 환산된 고유진동수와 비교된다. 모형은 1.6m 폭을 갖는 콘크리트 수로에서 정방향과 역방향 설치에 따른 각각의 실험이 이루어 졌다. 각 방향 실험에서는 수문 개방고와 상하류 수위에 따른 여러 조건에서 수직진동이 측정되어 졌다. 실험결과를 바탕으로 정뱡향과 역방향 설치에 대한 진동현상을 서로 비교 분석하였다. 정방향 모형은 수문이 많이 열렸을 때 하단부의 수평트러스 부재를 치는 뒤돌아 치는 와류에 의하여 진동이 크게 발생하였고, 작은 개방고에서 suction force에 의한 진동이 발생하였다. 그러나 역방향 모형에서는 이러한 현상이 발생하지 않는다. 마지막으로 95m 수문의 진동실험결과와 본 47.m의 실험결과를 같이 비교하여 평가하였다. 실험결과 여러 실험 조건에서 진동이 작게 측정되는 역방향 배치 모형이 더 합리적인 것으로 분석되었다.