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。     

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。     

超高扬程垂直升船机塔柱结构型式及抗震性能分析

为确定升船机塔柱结构筒体尺度,将高扬程升船机塔柱结构简化为薄壁筒体结构,控制塔柱顶部位移满足相关规范要求,基于悬臂梁法,编写程序计算筒体宽度与壁厚之间的关系。根据塔柱结构设计原则和使用要求,在保证混凝土用量相近的条件下,拟定了固定壁厚、变壁厚两种超高扬程塔柱结构型式尺度;采用ABAQUS有限元软件建立了固定壁厚和变壁厚两种塔柱结构计算模型,分析了超高扬程大型升船机塔柱结构在三种不同烈度地震荷载下的动力响应。计算结果表明,在不同地震烈度作用下,变壁厚塔柱结构的顶部位移及加速度、惯性力、筏形基础的拉、压应力较小,变壁厚塔柱结构的抗震性能优于固定壁厚塔柱结构。     

粘弹性人工边界在ABAQUS中的实现及应用

基于柱面波理论的二维时域人工边界,建立了人工边界点相对于散射波源的局部坐标系下的等效物理系统,利用人工边界点局部坐标系与整体坐标系的转换矩阵,推导了整体坐标下人工边界的等效物理参数,并考虑边界点与散射波源的距离变化,利用该等效物理系统模拟人工边界的散射效应,二维均匀半空间算例验证该法可减弱边界几何形状的影响,且具有较好的精度和适用性.应用该法探讨了不同地基刚度对重力坝非线性开裂损伤的影响,结果表明,地基弹性模量越小,人工边界散射的能量越多,开裂损伤的范围就越小.     

基于粘弹性人工边界的防洪堤动力有限元分析

以大型有限元软件ANSYS为平台,将地震荷载转化为等效节点荷载,通过对比4种不同人工边界条件对地震波的吸收效应,验证了采用粘弹性人工边界在有限元模型时域数值分析方法中的合理性,分析了不同频率下动荷载对结构动力反应的影响,并以福州市闽江防洪堤工程为例,对比分析了在传统的固定边界与粘弹性人工边界两种边界条件下防洪堤的地震响应。结果表明,粘弹性人工边界方法精度高、易于实现、实用性强。     

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...     

基于粘弹性人工边界的动力数值模拟范围研究

为分析地下厂房数值模型及围岩取值范围对厂房动力特性的影响,基于粘弹性人工边界基本理论,编写了Abaqus中快速施加粘弹性人工边界的程序。结合某抽水蓄能电站地下厂房结构,建立了不同数值模型及围岩取值范围的三维有限元数值模型,采用谐响应分析方法计算了机组振动荷载作用下的厂房动力响应。结果表明,地下厂房动力特性分析应采用粘弹性人工边界条件下包含0.5倍厂房跨度的围岩,并考虑地下厂房所有结构的数值模型。     

粘弹性边界在流固耦合系统动力分析中的应用

将粘弹性人工边界应用于重力坝—地基—库水系统的地震反应分析中,分析了系统在水平地震荷载作用下的响应,并与传统的无质量地基模型和无限地基模型进行比较,粘弹性边界模型所得结果与无限地基模型非常接近,而无质量地基模型的计算结果偏大。通过比较不同地基范围下粘弹性边界对坝面加速度和动水压力分布的影响,得出了在采用粘弹性边界时地基范围取1.5H坝高即可满足要求。尽管考虑库水可压缩性增大了坝面动水压力,但却减小了坝面加速度响应。     

基于两类典型动力人工边界的水电站地下洞室群地震反应分析

通过自编子程序实现粘弹性边界及二阶透射边界的施加及相应的地震动输入,并内置于大型通用有限元分析软件系统中,采用隐式积分算法进行动力分析,以实现无条件稳定的地震反应时域分析.算例精度和准确度验证了该程序的有效性,将其应用于大型地下厂房洞室群的地震反应计算,给出了洞室不同位置的应力、位移和加速度的幅值分布及时程变化曲线,为深入了解地震作用下洞室群的动力反应特点提供了参考.     

基于FAST的近海单桩风机地震响应分析

为研究近海单桩风机塔架地震动力响应特性,以FAST v7软件为基础自编程开发地震分析模块,形成风机地震动力学耦合仿真平台S-FAST,并采用ABAQUS和Seismic软件验证其有效性。基于扩充的S-FAST平台,计算NREL 5 MW近海单桩风机塔架在湍流风、非规则波浪和地震作用下的动力响应。结果表明：地震是塔顶振动的控制荷载,风浪荷载可有效抑制塔顶振动;塔基面内弯矩主要由地震荷载引起,风浪荷载主要影响塔基面外弯矩;风浪荷载引起的塔基面外弯矩占风、波浪和地震耦合作用工况的69%;风浪荷载和地震荷载之间存在非线性耦合关系,结构设计时应采用全耦合的方法进行结构响应计算。     

“马蹄莲”形高层组合结构的动力特性及地震响应分析

为分析“马蹄莲”形高层组合结构的动力特性及地震响应,以武汉未来科技城为例,建立了“马蹄莲”形主塔楼高层组合结构的三维有限元模型,分析了结构的动力特性,得到结构的固有频率及自振周期,给出结构前四阶振型,并采用时程分析法研究了塔楼整体的三维地震响应及组合结构的薄弱部位。结果表明,塔架结构为组合结构整体的薄弱部位;x方向为组合结构体系抗震弱方向;人工波作用于结构抗震弱方向的楼层间最大侧移与层高之比(Δu/H)小于规范限值,为复杂组合结构的设计和施工提供了可靠保证。     

基于光纤测温传感器的坝前水库和升船机塔柱监测资料分析

本文简要介绍了分布式光纤和光栅光纤测温传感器原理及在三峡坝前水库、三峡升船机塔柱的埋设应用。通过对光纤测温传感器在坝前库水温的资料分析,得出了三峡坝前水库基本无水温分层现象的结论,光纤测温传感器也为在不同高程空间上的库水温度连续监测和坝前水库淤积监测提供了新的方法。同时光纤光栅技术成功应用在升船机塔柱施工期及运行期的混凝土温度监测,为该类监测仪器的应用积累了宝贵的工程经验。     

基于ADINA的重力坝地震响应分析

针对云南阿海重力坝,利用大型有限元软件ADINA分别基于流固耦合理论和Westergaard附加质量方法建立了动力数值分析模型,并进行了自振特性和地震响应计算.结果表明,两种模型的自振频率较接近,附加质量模型的地震响应大于流固耦合模型.在重力坝抗震研究中,利用ADINA的流固耦合模型考虑水体的影响更接近实际工程.     

非线性阻尼模型对重力坝地震响应的影响

阻尼对结构的振动反应有重要影响,目前重力坝设计阶段通常取阻尼比为常数,但不能真实反映结构的阻尼机理。为此,基于大型通用有限元软件ABAQUS,利用混凝土损伤塑性模型分析了重力坝在地震荷载作用下的损伤发展和能量耗散,提出了重力坝结构非线性阻尼模型的表达式,分别采用非线性阻尼模型和常阻尼模型计算了重力坝在三向地震波作用下的响应,并对结果进行了对比。结果表明,采用非线性阻尼模型计算的结构响应较大,因此采用常阻尼比模型进行结构地震响应分析可能产生不安全的结果。     

基于分块法改进的等效一致粘弹性边界在抗震动力分析中的应用

在结构抗震动力分析中,通常利用等效一致粘弹性边界代替粘弹性边界来模拟无限地基的辐射阻尼效应,但一般将散射波源至整层人工边界中心的距离作为一个常数代入对应参数的理论公式中,导致计算的动力响应会有一定的偏差。为此,提出利用分块法对等效一致粘弹性边界进行修正,即将边界分成一定的块数分别计算散射波源至每一块人工边界中心的距离,以减弱偏差的影响。以某重力坝为例,利用此方法分别计算了分块数取1、5、10、15时对应的关键点位移应变及加速度时程变化,验证了分块法对等效一致粘弹性边界修正的有效性和可行性。     

基于土-结构耦合作用的风力机塔架地震动力学响应分析

风力机塔架在地震激励下的动力学响应研究对保证风力机安全运行具有重要意义。基于有限元软件ANSYS和Wolf土-构耦合理论对Vestas1.65 MW风力机建立较高精度有限元模型,对是否考虑土-结构耦合(Soil-Structure Interaction,SSI)效应两种条件下进行瞬态动力学分析。选用摩根希尔(Morgan Hill)地震运动,土体选用软土物性参数。结果表明:考虑SSI效应会降低风力机塔架自振频率,塔架在地震激励下的塔顶位移响应、塔顶加速度响应、塔架Mises等效应力响应和塔架剪应力响应频率有较明显下降,塔顶加速度峰值减小6.7%,塔基承受剪应力增加73.5 MPa,增幅98.9%。因此,研究风力机结构抗震设计应考虑SSI效应。     

倒虹吸结构动力响应分析中计算边界宽度的影响

针对地震作用下计算边界宽度对倒虹吸结构的动力响应情况,以南水北调中线某箱形倒虹吸结构为例,地基采用Mohr Coulomb非线性本构模型,输入人工地震波,利用ADINA软件在静力基础上进行重启动分析,同时对ADINA进行二次开发,实现了循环计算。结果表明,边界宽度对倒虹吸结构的应力和位移值影响不超过10%,且当达到7倍宽度后,基本趋于稳定,而3倍宽度的倒虹吸结构的加速度放大系数较好,且加速度误差也在工程误差范围内。     

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.     

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.