平面钢闸门作为高坝大库的控制“咽喉”,能够实时调节过流流量,抑制电力系统的波动,在高坝大库中有着不可替代的作用。而中国大部分的高坝大库都地处西南地区,该地区地震发生频率高、力度大、破坏性强,强烈地震会造成平面钢闸门不正常运行,甚至导致失事。在整个地震过程中,平面钢闸门迎水面承受水体产生的地震动水压力,并随地震波的波动而改变,不断地影响着平面钢闸门的动力稳定性。目前平面钢闸门地震动水压力的计算依照SL74-2019《水利水电工程钢闸门设计规范》,采用拟静力法和动力法两种方法,计算时忽略了结构的弹性变形,得到的地震动水压力使设计偏于安全;此外,水体-平面钢闸门在地震作用下的数值模型需要进行双向流固耦合瞬态分析,较为复杂,但是以往多数模型简单地以附加质量力的形式来考虑动水压力,或者以单向流固耦合模型来模拟,还有采用拟静力法或反应谱法的求解方法,这些方法都不能反映平面钢闸门在地震响应时随时间变化的过程,忽略了整个地震的时间效应。为此,本文从理论推导和数值分析两方面入手。先结合地震动水压力的基本理论,推导出动水压力的时域表达式;然后建立水体-平面钢闸门双向耦合瞬态模型,通过动力时程法求解得到闸门迎水面地震动水压力的分布规律、最大位置等,并对影响地震动水压力的因素进行研究。本文的研究内容及主要成果如下:(1)将平面钢闸门考虑为弹性体,建立水体-平面钢闸门在地震作用下的水弹性耦合模型,以模态振型函数_k?(y)和广义坐标_kY(t)的线性函数结合来表达闸门的位移;对所建模型中的流体运动方程、边界条件以及约束条件进行拉普拉斯变换,并根据分离变量法,求解流体运动方程,得到随时间变化的地震动水压力时域表达式。(2)根据有限元分析理论,以Transient Structural作为结构域求解器,以CFX作为流体域求解器,将具有数据交流功能的System Coupling作为结构域与流体域的数据传输通道,建立起水体-结构在地震作用下的双向耦合模型;并以经典的重力坝为例,对水坝模型在地震作用下的动力响应过程进行了双向流固耦合的瞬态求解,并将求解的静水压力与地震动水压力结果分别与规范公式计算的静水压力结果、试验得到的地震动水压力结果进行比较,验证了本文建立的双向流固耦合数值模型的正确性。(3)基于水体-结构双向耦合模型瞬态设置,通过动力时程法求解水体-平面钢闸门双向耦合模型,得到平面钢闸门迎水面的地震动水压力分布,结果表明:动水压力分布曲线由两段抛物线组成,呈先增大后减小的分布规律。(4)结合水体-平面钢闸门双向耦合模型,探究不同因素变化对于地震动水压力分布规律的影响。通过改变水位高度(7.2m、7.5m、7.8m、8.2m、8.5m),发现:五种高度对应的动水压力分布曲线基本一致,控制点的水位高度增大时,相应动水压力也随之增大;通过改变平面钢闸门的刚度(5×10~6N/m、10×10~6N/m、15×10~6N/m、20×10~6N/m、25×10~6N/m),发现:五种刚度对应的动水压力分布曲线基本重合,随着刚度的增大,五种刚度对应的动水压力也在增大;天津波、EI＿CENTRO波、迁安波作用下的动水压力数值较为接近,在整体分布趋势上也基本相同,而兰州波对应的动水压力在数值上则与这三种波的动水压力有较大的差别,最大达到36%;不同峰值加速度的EI波对应的动水压力分布曲线基本重合,数值相差较小。