塔顶排架对进水塔动力反应的影响研究

基于国内某大型水利工程进水塔结构,采用ADINA大型结构分析软件,利用其势流体单元模拟水体,构建了塔体—地基—水体三维非线性流固耦合有限元分析模型,分析了进水塔塔顶排架结构及塔体自振特性、地震反应,研究了塔顶排架结构对进水塔动力响应的影响,结果可为进水塔结构的抗震设计提供参考.     

考虑流固耦合的大型渡槽地震响应分析

针对大型渡槽结构动力响应问题,基于Housner理论的槽身与槽内水体的流固耦合模型,以南水北调中线某大型渡槽工程为例,分析了该渡槽各构件的受力特点,建立了三维有限元动力模型,采用ANSYS动力时程分析技术计算了不同工况下该大型渡槽的结构动力响应.结果表明,在地震荷载时考虑流固耦合作用,渡槽的不同运行工况对其结构的地震响应影响较大,为同类型大型渡槽结构提供了理论依据和设计参考.     

桩—土—渡槽—水相互作用动力特性分析

目前,对渡槽抗震性能的研究多集中在槽身与水体的流固耦合问题上,对桩土间的动力相互作用则研究较少,然而桩土相互作用会影响渡槽结构对动荷载尤其是地震荷载的反应。为探究桩土相互作用对渡槽结构动力特性的影响,采用大型有限元软件ABAQUS对南水北调中线工程双洎河渡槽建立了同时考虑流固耦合和桩土相互作用的桩—土—渡槽—水三维仿真力学模型,并进行了不同工况下的自振频率及振动模态分析。结果表明,与固结模型相比,考虑桩土相互作用的渡槽结构在地震荷载作用下自振频率减小,桩土相互作用改变了渡槽结构动力特性。     

铅芯橡胶隔震双槽渡槽设计与动力分析

结合南水北调中线工程,利用铅芯橡胶隔震技术对双洎河大型双槽渡槽进行隔震设计,采用Housner模型考虑水体与槽身流固耦合作用对其进行有限元动力分析。与非隔震渡槽相比,隔震渡槽的频率大幅降低;随隔震周期的增加,隔震渡槽振型保持不变;槽身底部剪力减小,支座位移增大。等效线性模型计算的地震响应极值大于双线性模型,偏安全。结果表明,铅芯橡胶隔震技术可显著降低渡槽结构的地震响应,且隔震周期越大,降幅亦越大。     

考虑流固耦合的大型渡槽动力分析

针对渡槽动力性能对大型水利工程安全运行的影响问题,基于南水北调工程中某大型（三槽）渡槽工程构造型式,利用大型有限元分析软件建立了三维有限元模型,并对槽中无水及送水工况进行了动力特性和地震动力时程相应分析。结果表明,在动力反应中,槽内水体有明显的震荡,不同工况下渡槽的动力特性及动力响应都有明显的区别;渡槽侧墙是结构的抗震薄弱部位,在地震作用时正常运行工况下侧墙高度能够保证槽内水体不溢出。     

水电站厂房三榀钢-混凝土组合排架组合特性试验研究

基于当前我国水电站厂房结构运行现状,提出水电站厂房三榀钢-混凝土组合排架模型,通过设计以矩形钢管混凝土柱、圆形钢管混凝土柱、空心矩形钢管柱和空心圆形钢管柱为承载柱单元,以焊接式、铆接式牛腿模型为传力节点单元,装配式桁车梁为承载梁单元,进行了静载作用下组合节点的力学性能、组合排架柱的组合特性试验。试验分析表明,静力加载过程中极限荷载是屈服荷载的1.455～1.833倍。该种组合排架结构建立了自身的耗能机理,具有良好的整体性能,表现出完美的协同组合特性,实现了由构件层次上升到结构体系、由单元节点提升到框架整体的突破,为水电站厂房三榀钢-混凝土组合排架的推广运用提供了技术支撑。     

强震作用下南水北调双洎河渡槽结构非线性分析

渡槽作为一种常用输水建筑物,若处于地震高烈度区,抗震性能对其运行安全至关重要。为此,基于有限元分析软件ABAQUS开发了一种适用于大型双槽渡槽结构——南水北调双洎河渡槽工程的模拟钢筋混凝土材料非线性的纤维梁单元子程序,开展非线性地震响应分析,得到关键部位应力-应变曲线,以及跨中位移、速度、加速度、墩底弯矩、剪力时程曲线等。计算结果表明,强震作用下双槽渡槽非线性模型与线弹性模型地震响应差异较大,其中跨中位移、速度、加速度峰值非线性模型计算结果均有所增大;而墩底弯矩、剪力峰值有所减小;相同调幅下不同场地地震波的输入对结构响应峰值也有影响。所得结论为双槽渡槽结构的抗震设计计算提供了参考。     

渡槽在折线温差分布下的横向温度应力计算

为分析渡槽在折线温差分布下的横向温度应力,运用公路桥梁规范中折线温差分布函数,推导了渡槽在折线温差分布下横向温度自约束应力和框架约束应力计算公式,计算了渡槽在冬季骤然降温作用下的温度应力。计算表明,渡槽外表面总应力是壁厚和温差的函数,当壁厚不变,温差减小50%时,其温度应力也相应减小50%,当温差不变,壁厚减小50%时,其温度应力减小21%;与指数温差分布函数计算的温度应力值相比,该方法计算值较小,在设计时若按此考虑渡槽温度荷载,则能显著提高渡槽的安全性能。     

大型多槽式矩形渡槽动力特性及地震响应分析

基于Housner模型,考虑地震影响下晃激荡水体与槽身间的相互作用力,建立了流固耦合动力分析模型,并以南水北调中线工程为例进行了大型多槽式渡槽的动力特性与地震位移时程响应分析.结果表明,开敞式多侧墙槽身横向抗震能力起控制作用,尤其应加强边墙、中墙两端抗震防护,可为类似工程抗震设计提供参考.     

不同地基模拟及流固耦合方式对渡槽地震响应分析

为探究地基模拟及流固耦合方式对渡槽地震动响应结果的影响,以长岗坡渡槽为例,考虑水体-结构-地基的耦合作用,对渡槽模型进行直接流固耦合(FSC)无质量地基、FSC粘弹性边界、Housner无质量地基、Housner粘弹性边界四种模拟组合的地震动响应分析。结果表明,模拟粘弹性边界地基得到的应力-位移响应结果均小于无质量地基的结果,其FSC模型中支墩最顶部A点Y向(横槽向)正向位移增幅最大,从0.003 35m增至0.008 61m;FSC模型得到的地震位移响应结果相较于Housner模型均降低。     

矩形容器内液体三维晃动特性研究

为研究充液容器内液体的晃动对储存系统动态响应的影响,应用泛函极值原理建立了任意充液容器内液体晃动的有限元分析模型,忽略了晃动自由面上液体的表面张力,分析了充液容器内液体晃动的固有频率、模态及地震对其影响,并与解析解进行了对比。分析结果表明,该方法可应用于三维任意形状充液容器内液体的晃动问题求解,且精确度较高,建议在工业设计中将液体晃动与结构弹性体振动问题统一分析。     

大型双槽渡槽非线性地震响应分析

为了研究双槽渡槽薄壁结构弹塑性动力特性,建立了渡槽薄壁结构弹塑性动力分析模型,该模型集渡槽薄壁结构线弹性模型和非线性多弹簧模型为一体,应用多弹簧等效关系模拟结构塑性铰区的非线性滞回特性,以老张庄渡槽为例,开展地震荷载作用下双槽渡槽线弹性和非线性地震响应计算。经结构线弹性和非线性地震响应比较,结果显示两者存在差异,即位移反应弹塑性解均大于线弹性解,内力反应弹塑性解均小于线弹性解。这说明开展大型双槽渡槽结构非线性地震响应分析很有必要。     

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。     

某水电站厂房空心钢管混凝土排架柱动力损伤情况分析

为探讨在地震荷载作用下钢管混凝土排架柱可能的损伤问题,根据钢管混凝土组合排架柱中钢管和核心混凝土的受力特点和损伤规律,对混凝土采用多轴损伤开裂本构模型、钢管采用双线性本构模型,基于有限元软件ADINA建立了三维有限元静动力仿真分析模型,据此分析了静力、动力条件下钢管、混凝土的塑性损伤规律。结果表明,静力工况时混凝土无损伤;动力工况时钢管混凝土排架柱结构空心率不宜大于0.35,否则核心混凝土容易出现开裂,钢管易发生局部屈曲;动力、静力工况时排架柱的最大水平位移值均符合现行规范的要求。显然,空心钢管混凝土组合排架柱具有良好的抗震性能。     

不等截面串联双管浮体模型波浪能量转换特性研究

提出一种具有后弯管和直通管2种工作模式的新型振荡水柱装置,并通过水槽实验来探讨做功方式、波周期、波高及质量等因素对该装置从波浪能到气动能量转换的影响。水槽实验表明,当模型工作在后弯管模式下,气室中气流双向做功时,规则波中的俘获宽度比（CWR）最高可达138.6%,随机波中的CWR最高可达94%;气流单向做功时,规则波中CWR最高可达113.7%,随机波中CWR最高可达81.9%。当模型工作在直通管模式下,气流双向做功时,规则波中CWR最高可达81.1%,随机波中CWR最高可达66.2%;气流单向做功时,规则波中CWR最高可达53.9%,随机波中CWR最高可达42.1%。模型在随机波实验中后弯管、直通管工作模式的CWR峰值分别能达到“巨鲸号”的3倍、2倍,显然模型的后弯管工作模式具有更高的能量转换特性。     

核电厂非能动安全壳冷却系统储水箱的振动特性分析

PCS储水箱是AP系列核电站非能动安全壳冷却系统的重要组成部分。水体和水箱的耦合作用会影响结构的整体性能,并可能造成水箱破坏,因此有必要在考虑流固耦合前提下对储水箱进行振动分析。首先给出了研究水体晃动的理论模型,得到了储水量分别为60%、70%、80%时水箱的1阶固有频率。之后运用有限元软件ANSYS对空水箱模型及含三种不同储水量的水箱模型进行了模态分析,研究了储水量对结构振动特性的影响,并将数值仿真结果与理论计算结果进行了对比。最后,对空箱及含60%储水量的水箱模型进行了地震反应谱分析,结果显示水体由于固有频率低,在地震载荷下易被激起,在设计中必须加以考虑。     

Thermodynamic characteristic in a cryogenic storage tank under an intermittent sloshing excitation

A numerical calculation model is developed to study the coupled thermal dynamic performance in a cryogenic fuel tank under an intermittent sloshing excitation. Both external heat inputs and the intermittent excitation are realized by User-defined functions. The volume of fluid method is adopted to simulate fluid sloshing, coupled with the mesh motion treatment. Validated against related fluid sloshing experiments, the numerical model was turned out to be acceptable on fluid sloshing prediction. Cooled by subcooled liquid, vapor is always in condensation. The middle vapor pressure test point suffers less from the intermittent excitation and has a linear pressure decrease profile, while the middle liquid pressure test point has fluctuating variations. For vapor and interface temperature monitors, obvious temperature fluctuations appear in the second holding period. While for liquid test points, the temperature profiles experience intensive fluctuations during sloshing periods and stable temperature variation during holding periods. Due to the holding period of external excitation, the tank pressure reduction in intermittent sloshing case is less than that in continuous sloshing case. That is to say the tank pressure decrease rate could be adjusted by proper intermittent excitation. This work is significant to deeply understand fluid sloshing phenomenon under some irregular external excitations in fuel storage tanks.     

考虑行波效应的混凝土高坝系统地震分析与损伤评价

为研究地震动行波效应的影响,基于时程分析的数值方法,对国内某高坝系统在强震作用下的动力响应进行模拟,即引入等效三维一致粘弹性人工边界,推导了计入水流向行波效应的地震动输入公式,将等效荷载作用于人工边界对行波输入进行验证;考虑坝体和基岩材料非线性,结合与规范相统一的混凝土本构和能量等效性假设,推导出归一化混凝土本构与损伤因子的对应关系;模拟库水可压缩性和坝体伸缩横缝的开合非线性,以不耦合损伤变量的简化地震损伤评估方法进行安全评价。结果表明,上部坝肩和左、右侧边表孔顶部是抗震的薄弱部位,不考虑水流向行波效应对高坝抗震设计偏保守。     

双钢板夹心混凝土渡槽托举效率系数研究

为解决传统渡槽自重大、抗渗措施麻烦及抗震设计等问题,采用有限元软件ABAQUS建立了双钢板夹心混凝土简支梁和双钢板夹心混凝土渡槽非线性有限元模型,沿用栓钉的荷载-滑移曲线模拟了相同尺寸双钢板夹心混凝土梁和素混凝土梁在相同荷载和约束条件下的挠度,得到两种结构形式的刚度关系,验证了栓钉间距对结构刚度的影响规律,提出了渡槽托举效率的概念,有利于渡槽结构设计。