某泄洪水闸上部结构动力响应分析

大量震害表明水闸上部结构是地震作用下易发破坏部位,然而规范并未对其抗震性能作专门要求,众多水闸设计中并未将上部结构与主体结构作为整体分析。以西北某水闸为例,采用动力时程法分别计算了水闸整体结构、下部主体及上部结构的动力响应,对比分析了各个结构的动力响应,探讨了上部结构与下部结构之间的相互作用。结果表明,相比于单独承受地震作用,上部结构和下部结构作为一个整体时,水闸会出现显著的鞭梢效应,且下部结构的地震能量会向上部转移。建议水闸设计时考虑上部结构的影响。     

地震作用下超高扬程升船机塔柱结构的鞭梢效应

以金沙江下游白鹤滩水电站拟建升船机工程为例,运用大型有限元分析软件ABAQUS建立包括顶部机房在内的超高扬程升船机塔柱结构模型,采用动力时程法分析了地震作用下塔柱顶部机房的鞭梢效应,并探讨了机房结构布置型式对鞭梢效应的影响。结果表明,塔柱结构前10阶振型以横河向振动、扭转振动和顺河向振动为主;地震作用下顶部机房的动力响应远大于主体塔柱结构;机房的结构布置型式对鞭梢效应影响较大;当主体塔柱和顶部机房结构的刚度和质量差异过大时,顶部机房的鞭梢效应对主体塔柱动力响应的影响较小。     

水体与塔楼耦合作用对升船机上部机房的动力影响

通过景洪水电站水力式升船机塔楼、机房1/50结构模型振动台试验,获得了塔楼、机房结构的动力特性和对输入地震波的动力响应,发现上部机房结构产生明显的鞭梢效应与扭转效应。通过对比试验分析了竖井内水体与塔楼耦合作用可使上部机房结构的自振频率下降、主机房结构在地震波激励下的动力响应减弱,表明竖井内水体与塔楼的耦合作用在一定条件下具有消能减震的作用。研究结果可为深入研究上部主机房鞭梢效应与扭转效应提供依据。     

考虑复杂因素影响的升船机塔柱地震响应分析

以景洪水电站水力浮动式升船机为例,研究升船机高耸塔柱在地震工况下的动力响应及地震响应影响因素。采用时程分析法计算升船机塔柱在三向地震作用下的位移、加速度和应力响应,同时对竖井内水体和塔柱的流固耦合作用、地基辐射阻尼效应及鞭梢效应等因素对塔柱地震响应的影响做了对比分析。结果表明,水力浮动式升船机塔柱结构应力状态复杂,塔柱联系梁、竖井矩形截面四角等部位出现明显的拉应力集中;水体流固耦合模型比竖井无水工况塔柱各高程应力提高了0.4%~12.3%,水体附加质量法较水体流固耦合模型计算结果差别较大;地基辐射阻尼效应等因素对塔柱地震响应的影响显著,在塔柱地震响应分析时应给予重视。     

高闸墩及其上部附属结构地震响应分析

鉴于我国对上部附属结构抗震研究较少,规范中也未专门提及,由此导致设计人员进行等效静力计算时带有一定的随意性和经验性。借助有限元软件ADINA,利用动力时程分析法计算了西北地区某水电站的闸墩和框架结构,并通过各结构的动力特性和不同工况下的响应特点,探讨了地震作用下结构之间的耦联作用。结果表明,在地震作用时,质量和刚度沿竖向均存在明显突变的高闸墩和框架结构易产生类鞭梢效应的结构破坏,设计时应引起格外重视。     

混凝土强度和钢管厚度对钢管混凝土排架结构抗震性能的影响

基于某水电站厂房钢管混凝土排架结构的构造形式和受力特点,建立了其上部厂房排架结构的整 体三维有限元模型,计算了钢管混凝土排架结构的自振频率,并采用时程分析法计算了钢管混凝土排架结 构的地震响应,研究了水平地震作用下混凝土强度、钢管厚度对排架结构抗震性能的影响,以期为水电站 厂房钢管混凝土排架结构设计提供参考。     

节点连接方式对钢管混凝土结构性能的影响研究

基于某水电站厂房钢管混凝土排架结构受力特点和变形规律,建立了包括上下部结构的整体机组段三维精细有限元分析模型,利用ADINA的约束方程分析了钢管混凝土排架结构与上部屋顶和吊车梁不同连接方式对排架结构受力性能的影响,并采用振型分解反应谱法研究了不同连接方式下对排架结构动力特性的影响。研究方法与结果可为工程设计提供参考。     

地震荷载作用下水电站厂房结构的振动应力分析

结合三峡右岸电站某机组段建立了三维数值计算模型,采用有限元与无限元耦合系统模拟水电站厂房结构无限域地基问题并应用时间历程分析法进行地震荷载作用下的动力响应计算。在蜗壳结构外围混凝土发生塑性损伤的基础上,分析了电站厂房在地震动荷载激励下各部位混凝土结构、流道系统金属结构的振动应力峰值。结果表明,地震荷载作用下混凝土结构的振动应力水平较低,对混凝土动力强度复核影响不明显,流道系统金属结构的振动应力水平较低,不会发生因强度不足而引起的破坏。     

水电站厂房结构地震响应非线性分析

以三峡左岸水电站厂房为例,依托现行的抗震设计规范考虑混凝土材料的开裂,采用人工地震波生成技术和时程分析方法对整个地震过程中的厂房结构地震响应进行研究.结果表明,采用地震非线性时程分析,可较好地反映厂房结构在整个地震过程中的响应情况,包括应力、应变、加速度及裂缝的发展等,具有全过程仿真的特点.     

高烈度区水库堆积层滑坡地震动力响应及稳定性分析

以高烈度区水库堆积层滑坡为研究对象,基于Geo-studio软件动力有限元法,分析了三类凸形堆积层滑坡在高低库水位运行条件下的地震动力响应特征和稳定性变化。结果表明,鞭梢效应对参量的影响程度大于竖向放大效应对参量的影响,对中凸形滑坡的加速度响应比上凸形与下凸形滑坡要大,上凸形滑坡的阶段位移响应峰值大于中、下凸形滑坡阶段位移峰值;凸形堆积层滑坡在高水位时对地震的响应要大,在所列库水位和0.05g地震动力条件下整体稳定性系数最大减小约0.037%,下凸形滑坡受此影响较大,且随库水位高度增加,地震加速度增加,整体稳定性系数减小程度增大。该分析结果对高烈度区水库堆积层滑坡灾害防治具有重要参考价值。     

金佛山沥青混凝土心墙堆石坝地震反应三维有限元分析

针对金佛山沥青混凝土心墙堆石坝的特点,采用三维非线性动力有限元法进行了地震动力反应分析,重点研究了坝体在地震荷载作用下的加速度、动应力、地震永久变形的变化规律和分布。结果表明,加速度在坝顶附近达到最大值,存在明显的鞭梢效应;动应力在坝体分布较均匀;坝体永久变形不大。可见大坝整体抗震性能较好,满足给定地震作用下的抗震安全性要求。     

不同边界条件下抽水蓄能电站地下厂房地震动响应分析

随着抽水蓄能电站运行水头和转速的不断提高,边界条件对厂房结构震动影响问题日益突出。为此,以某抽水蓄能电站地下厂房为例,通过建立其有限元三维模型,利用振型分解反应谱分析方法分析了不同边界条件下厂房的抗震性能,研究了地震情况下四种不同边界条件下厂房主要结构的反应特性。结果表明,是否考虑围岩对地下厂房稳定性并无很大影响,顺河向地震荷载对厂房作用影响很小;考虑粘弹性边界条件对顺河向地震波有一定放大作用,不可忽略,而叠加后的总位移值相对无质量边界条件有一定比例下降,下部结构有一定比例上升。研究结果为厂房抗震结构设计与安全分析提供了依据。     

Effects of seismic and aerodynamic load interaction on structural dynamic response of multi-megawatt utility scale horizontal axis wind turbines

Horizontal axis wind turbines can experience significant time varying aerodynamic loads that has the potential to cause adverse effects on structural, mechanical, and power production. The progress in the wind industry has caused the construction of wind farms in areas prone to high seismic activity. With the advances in computational tools, a more realistic representation of the behavior of wind turbines should be performed. One of the simulation platforms was developed using the 5 MW NREL utility scale reference turbine model. The performed simulations will be used to evaluate the effects of aerodynamic and seismic load coupling on the power generation and structural dynamics behavior of this structure. Different turbine operational scenarios such as (i) normal operational condition with no earthquake, (ii) idling condition with the presence of seismic loads, (iii) normal operational condition with earthquake, and (iv) earthquake-induced emergency shutdown will be simulated with various loading conditions to show the differences in generated power and dynamic response. The results of this paper provide formulations for calculating generated power and design deriving parameters by considering different intensity measures. Moreover, the effects of aerodynamic damping and pitch control system are presented to shows reduction in the resulting design demand loads.     

渡槽斜面导向自复位减隔震支座设计及其隔震性能分析

为了使渡槽结构具有良好的减隔震性能及震后自复位功能,在球型支座基础上开发了一种斜面导向的自复位减隔震支座。首先介绍了斜面自复位减隔震支座的构造特点及隔震机理,然后对该支座进行足尺试验并与理论模型对比,最后采用ABAQUS有限元软件分析单跨渡槽结构的地震反应及减隔震效果。试验结果表明,该支座具有稳定的减隔震性能,由试验得出的荷载和位移的关系曲线与提出的理论曲线趋势基本一致。数值算例结果显示该新型支座能够显著减小地震反应,支座残余位移0.4mm,具备了很好的自复位效果。     

大型风力机地震动力响应研究

为研究地震载荷与风载荷联合作用下的大型风力机结构动力学响应,本文研究分别以Wind PACT 1.5 MW和NREL 5 MW风力机为研究对象,采用EI Centro 6.9级地震为输入激励,通过改进版的开源软件FAST(风电载荷仿真软件)计算风力机在正常运行、紧急停机和一直停机3种运行方式下的塔顶振动和塔架结构荷载情况,结果表明:地震载荷极大加剧了塔顶振动,机舱加速度峰值增大2倍以上。紧急停机操作可减小塔尖位移,一定程度上可以保护风力机结构安全。地震载荷主要增大了塔架一阶固有频率及其二倍频的振动。6.9级地震与额定风载荷联合作用下,NREL 5MW风力机塔基弯矩设计需求为159 MN·m,略大于极限风载荷作用。说明地震常发地区,塔架结构强度设计必须考虑地震载荷作用。     

考虑地震波斜入射作用的坝后式厂房动力响应分析

为探究地震波斜入射作用对坝后式厂房上部结构的影响,构建了龙开口水电站二维厂坝整体连接有限元模型,根据粘弹性边界理论,编制了平面P、SV波斜入射波动程序,输入地震波采用抗震设计要求的人工波,分析坝后式厂房上下游墙的动力响应可知,P、SV波斜入射作用下坝后式厂房上下游墙的动力响应与垂直入射时明显不同,从位移来看,SV波入射角度越大,上下游墙体的水平向位移峰值越大,高程越高,水平向位移峰值变化越快;从应力来看,随着SV波入射角度的增大,应力控制点的第一主应力逐渐减小,而P波斜入射时应力的变化规律与SV波相反。