考虑地震行波效应的大型水电站高耸进水塔群响应分析

本文基于行波法结构振动反应的基本方程,采用直接加速度多点输入模拟大跨度结构在地震空间变化时的结构振动形态,用动接触方法模拟了糯扎渡水电站进水口整体塔群在地震作用下的响应和相邻塔段之间的相互作用。实例计算表明,对于大跨度高耸结构,地震行波效应对塔体动力反应存在一定的影响,设计中需给予考虑。考虑行波效应时塔段之间分缝张开,而且有塔段碰撞现象。考虑地震行波效应与否对塔体顺水流向位移影响不大,对应力分布及最大值也影响不明显。     

行波激励下大型水电站高耸进水塔群响应分析及碰撞研究

采用大质量法地震动输入对大型水电站进水塔群的动力特性进行了整体模拟,其中在考虑了地震空间效应的影响和相邻塔体之间的连接方式前提下,针对相邻塔体之间采用接触的方法模拟其相互作用,而且对地震过程中相邻塔体是否出现碰撞等由地震空间效应引起的相关问题进行分析.通过分析得出,对于大跨度高耸进水塔结构,地震行波效应对塔体动力反应有显著影响.     

超大跨长距离输煤栈桥考虑地震动行波效应影响分析研究

已有研究表明,大跨度结构考虑地震动的行波效应时,结构构件的内力、变形与不考虑时可能有较大差别.对于超大跨长距离输煤栈桥结构,地震波到达栈桥不同支柱的时间会有差异,按一致激励反应谱法计算结构的地震作用是不真实的,在结构设计中应考虑地震波的行波效应对结构产生的不利影响.本文利用有限元分析程序,对某实际栈桥工程应用动力弹性时...     

超大型地下洞室群的随机地震响应分析

地下结构的地震响应分析由于结构-围岩的动力相互作用及地震动输入的不确定性而十分复杂，尤其是对空间尺度很大的大型水电站的超大型地下厂房洞室群，地震动输入的空间变化特性将对结构的地震动响应产生重要的影响。本文首先通过阻尼影响-抽取法求出地下结构无限围岩介质的动阻抗，在此基础上通过考虑地震动输入空间变化的随机过程模型，采用随机分析方法研究了地震动输入机制对地下洞室群动力响应的影响。结果表明，地震波的行波效应、空间相干性损失及散射效应是影响地下结构动力响应的关键因素。考虑地震波的行波效应和空间相干性损失可以使地下结构的地震响应降低，但是地震波的散射效应可以增大地下结构的地震响应，结构的动力响应分析必须综合考虑这几项影响。     

阿尔塔什水电站联合进水口塔群三维有限元静动力分析及配筋设计

通过建立山体、回填混凝土以及进水口塔群三维网格模型进行有限元分析,基于子程序成功开发了4节点单自由度用户单元,较好地模拟了动水压力与结构之间的相互作用,并采取振型分解反应谱法进行动力分析,对塔群结构和地基的应力及变形分布规律进行分析研究。通过进水塔结构、地基应力及位移等计算结果,论证塔体的结构稳定性及安全性,并对阿尔塔什水电站联合进水塔群结构进行应力配筋计算以及地基承载力验算。结果表明:对于基础是变截面的塔体底板,上表面的应力控制工况为运行期,下表面控制工况是检修期;对于基础为非变截面的塔体底板,应力控制工况为检修期。两侧边墙应力控制工况为运行期+横竖向地震;后胸墙及中墩应力控制工况为运行期+纵竖向地震。依此,为今后联合进水口塔群结构稳定与配筋计算提供借鉴。     

考虑上部结构与地基相互作用的行波效应研究

行波效应分析作为能反映地震波在传播过程中时间与空间上变化的分析，越来越受到关注。当无不利地质条件时，为了简化计算，工程行波效应分析通常只会对上部结构进行分析，一般情况下可满足工程精度要求；当需要考虑上部结构与地基相互作用时，地基可采用弹簧支座或带阻尼器的钢框架进行模拟。该文就实际工程，提出在行波效应分析时采用有限元的方法以考虑上部结构与地基相互作用，并对比分析只考虑上部结构和考虑上部结构与地基相互作用后分析结果的差异，为今后的工程分析设计提供参考。     

高耸进水塔塔后回填高度对其抗震性能的影响

针对高耸进水塔塔后回填高度的选取问题,规范未给出通用的取值范围,在计算分析时一般只考虑塔后回填对塔体应力的影响,对塔后回填与基岩交接处的应力涉及较少。在保证进水塔稳定的条件下,采用ANSYS有限元分析理论,建立进水塔三维有限元模型,选用反应谱法计算了进水塔在地震作用下的动力响应,对比分析了不同塔后回填高度对进水塔结构自振频率、位移、塔体应力、回填与基岩交接处应力的影响程度。结果表明:塔后回填高度在一定范围内时,塔后回填能够有效提高塔体的自振频率,改善塔体的位移及应力,塔后回填混凝土与基岩交界面处的应力值有小幅度的增大;当塔后回填高度超过一定值时,回填高度的增加对塔体的自振频率、位移、应力的改善逐渐减弱,塔后回填混凝土与基岩交界面处的应力出现突增。综合分析得出此类进水塔合理的回填高度约为0. 64倍塔高。     

基于系数折减的行波效应对连续曲线箱梁桥的影响

行波效应是目前大跨结构中考虑多点激励的一种主要影响因素。特别是针对受力复杂的曲线桥,不考虑地震动的行波效应已经不能满足工程抗震的需求。目前常用大质量模型进行行波效应的分析,然后利用位移差动的方法求出结构的相对位移。对于多支撑的大跨结构来说位移差动的方法经常会导致位移的"漂移"和失真。以一座五跨曲线箱梁桥为例,提出了一种基于基底系数折减的行波处理方法,采用不同视波速进行了地震时程响应分析。结果表明在地震作用下,行波效应对于结构位移上是有利的;并且考虑折减系数的行波可以很好的修正地震作用下的实际位移。最后在考虑行波效应时,视波速、墩高等变参量对曲线桥的地震反应影响较大。因此,在对曲线桥进行抗震分析时,应根据工程具体要求进行对比验算,以保证设计的安全。更多还原     

考虑地震行波效应的渡槽动力响应分析

以南水北调中线漕河渡槽为研究对象,考虑在地震行波效应问题中,采用支座大质量法实现多点地震输入,并与一致输入的结果进行对比。结果表明:地震波多点输入考虑行波效应时,渡槽结构纵向位移峰值可增大数倍;地震效应对横向位移值的影响最为显著,对竖向位移值和应力分量的影响不大;在行波效应影响下,纵向位移和横向位移有增大趋势,竖向位移、第一主应力和第三主应力呈减小趋势。     

小浪底水利枢纽进水塔群抗震设计

对进水塔型及抗震布置进行了优化。按远震，近震和水库诱发地震，对三类塔型进行了拟静力法及考虑基础变形的拟静力法抗倾覆稳定分析，非线性稳定分析，反应谱法有限元动力分析，并进行了孔板塔抗震动力模型试验，分析了塔体抗倾覆及抗滑动力稳定性，塔体动力特性，加速度反应。动水压力反应，动位移反应和动应力反应。试验和动分析结果基本上得到相互验证，计算结果稍偏于安全。计算和试验结果表明，在设计地震作用下，塔体的抗倾覆     

高进水塔地震波斜波入射有限元分析

在水工结构抗震动力分析中,反应谱和时程分析都是基于地震波垂直入射来考虑地震荷载的影响,而实际地震波的传播方向往往是斜波入射。斜入射地震波会引起地面运动的非一致变化,从而对结构产生很大的影响。基于波动理论和黏弹性人工边界波动输入方法,采用有限元模拟地震波斜波入射,并比较在45°斜波入射情况下进水塔与基岩接触的上游建基面、塔背回填混凝土与塔身接触位置等关键部位的顺水流向和竖向加速度、位移、应力时程曲线,结果表明,采用黏弹性人工边界等效荷载方法可以实现地震波斜入射的输入,计算结果与理论分析结果一致。     

拱坝随机地震行波效应分析

将随机振动的虚拟激励法与拱坝地基动力相互作用FE-BE-IBE时域模型结合,发展了一个可以考虑随机地震动行波效应的拱坝随机动力响应计算模型,并用Monte-Carlo法对模型进行了验证.不同行波波速的计算结果表明,行波效应可以影响拱坝的动力响应,幅度在10%~20%,较小的行波波速在坝体边界产生应力集中现象,表明行波效应对拱坝动力响应具有显著影响.     

河床式水电站厂房结构流固耦合振动特性研究

鉴于厂房结构在地震作用下可能出现的严重后果,地震时动水压力对厂房结构的振动特性的影响就成为厂房结构设计的一个重要控制因素。结合某河床式水电站厂房实际工程,以有限元软件ANSYS为平台,建立三维有限元模型,分析地震动水压力对其振动特性的影响。分析结果表明:地震动水压力作用增加了坝面附加质量,从而降低了厂房的自振频率,并且对振型产生了一定的影响,尤其是进水口闸墩、尾水管闸墩等局部振型变化,因此对其作用下的厂房自振频率进行分析显得极为必要;随着上游水位的降低,厂房整体质量减小了,地震动水压力作用下的厂房自振频率随之增大,不同水位下厂房振型明显有所改变。     

大跨度倒虹吸管桥结构抗震性能

建立了考虑支座、伸缩节等细部构件的大跨度倒虹吸管桥有限元模型,采用有限单元法对管桥结构的抗震性能进行了研究,分析了支座、伸缩节、管内水体质量对结构动力响应的影响。计算结果表明:大跨度拱桥结构对地震波有明显放大作用,放大系数约为2～5;钢管采用单向滑动支座,约束了钢管横向位移,伸缩节变形和支座滑移量均在10 mm以内,对结构抗震有利,但支座在横向将承受较大的反力,给支座设计带来困难;由于伸缩节和滑动支座的设置,钢管在地震作用下近似刚体运动,钢管应力增幅较小,但支承环将产生较明显的弯曲应力,是抗震中的一个薄弱环节;大直径输水钢管管内水体质量巨大,会增大结构的动力响应,计算中应予以考虑。     

基于离散元的节理岩体水工隧洞地震动力特性分析

基于非连续介质理论,借助离散元软件UDEC,建立了大跨度、高边墙的缓倾角层状节理岩体水工隧洞力学分析模型,研究了地震力作用下,隧洞围岩不同部位的波速特性、位移分布、应力分布、塑性区分布等力学特性及围岩稳定性问题,获得了大型地下隧洞不同部位围岩在地震中的响应规律。在垂直方向正弦剪切地震波的作用下,各监测点竖向动力特性明显比水平方向大;地震波作用初期,边墙产生的位移值大于顶拱,随时间的推移,底板围岩变形受地震作用较大;洞室各监测点应力值相对地震波作用前均有较小程度的增大;震后隧洞边墙及底板岩体是塑性区范围扩大较明显的部位。研究结果可为同类大型地下工程的设计和施工及进一步分析地震作用下围岩的变形破坏过程提供参考。     

考虑成层地基的黏弹性人工边界模型

为了将黏弹性人工边界条件用于成层地基模型的计算中,基于波动理论,推导了不同类型地震波的波幅比计算公式,采用延迟法考虑行波效应,完成了成层地基的自由场求解,得到了考虑地震波一次反射透射的等效荷载计算公式,最终建立了考虑成层地基的黏弹性人工边界模型。以SV波垂直入射为例,采用所建立的模型进行了重力坝的动力计算。结果表明,该模型满足工程抗震分析的精度要求,可以解决成层地基条件下,地震波垂直入射时考虑土-结构相互作用的结构动力分析问题。     

非一致地震动输入下高面板坝地震反应特性

为研究地震波非一致输入对三维高面板坝动力反应的影响,采用波场分离的思路将人工动力边界处的总波场分解为无局部场地效应影响的自由场和局部场地效应引起的散射场,借助黏弹性边界建立地震波在自由场作用下地震动非一致输入,实现考虑地基辐射阻尼和地震波行波效应的地震动输入。对我国西南地区某高面板坝进行非一致地震动反应分析,研究P波和SV波作用下坝体结构的动力反应规律。结果表明:当P波非一致输入时,随着入射角度的增加,竖向加速度和动位移极值逐渐减小,水平向加速度和动位移极值逐渐增大;SV波非一致输入时,地震动反应规律与P波入射时相反。入射角度对地震波的行波效应以及坝顶加速度反应谱幅值等都有较显著的影响。     

地震时海底悬跨管道动力特性试验研究

铺设在地震活跃区域的海底管道可能在地震荷载作用下发生破坏。利用水下振动台研究了海底悬跨管线在地震作用下的动力反应。试验中考虑了地震波输入方向、管道端部支撑情况、悬跨高度、悬跨长度和管内是否有水等因素。完成了这些因素组合的120组试验，得到海底悬跨管道动力响应特性。试验结果表明水中管道与陆地悬空管道的动力反应存在明显差别；悬跨长度是控制管道反应的关键，水平地震输入对管道反应起控制作用，海底悬跨管道在地震作用下的反应与受波和流作用下的反应也存在差别。     

大型薄壁输水渡槽流固耦合振动台试验研究

地震高烈度区大型高架渡槽的抗震安全是我国西南地区长距离调水工程建设及运行过程中难以回避的重大挑战。渡槽结构与槽内水体动力相互作用是地震响应分析及安全评价的关键问题。目前使用较多的将水体以附加质量方式计入其对结构动力响应影响的方法是基于刚性壁与流体相互作用假定下推导建立的。大型渡槽多为薄壁结构,柔性结构与水体间的动力相互作用与刚性壁假定存在明显的不同。本研究采用几何比尺1/10的大型薄壁渡槽物理模型,通过振动台试验研究渡槽与水体的动力相互作用。通过深入分析稳态白噪声激励和11组双方向地震波激励下渡槽结构的动态响应,确定大型薄壁渡槽中水体对结构自振频率及渡槽两端支座力产生的重要影响,并给出了试验对象渡槽结构槽内水体与渡槽动态相互作用的等价质量定量关系。为实际工程抗震设计准确分析评价渡槽抗震安全提供可靠依据。     

Numerical analysis of seabed dynamic response in vicinity of mono-pile under wave-current loading

Pile foundations have been widely used in offshore engineering.In this study,a three-dimensional numerical model was used to investigate the seabed response around a mono-pile under wave-current loading.Reynolds-averaged Navier-Stokes equations were used to simulate the flow field,and Biot's consolidation equations were used for simulating the response of a porous seabed.The pore water pressure within soil and the effective stress along the depth of the seabed were simulated for various current velocities,with currents traveling either along or against the wave.Results indicate that the current has a significant effect on the effective stress and the pore water pressure distributions,which increases with the current velocity,and that the current traveling against the wave increases the liquefaction depth of the porous seabed.