三维排架渡槽中水的调频液体阻尼效应

本文分别采用任意拉格朗日一欧拉有限元方法和附加质量法分析三维梁式排架一渡槽结构体系的动力特性。通过两种计算方法的对比分析，研究渡槽中的水体对排架一渡槽结构体系的影响作用。研究表明，渡槽中水体的大幅晃动作用对渡槽结构体系起到了调频液体阻尼器类似的减震作用，且水体的晃动作用越强，水体对结构的这种减震作用越强，渡槽中水体大幅晃动产生的减震作用随结构自身特性和外激励不同而不同。文中建议，在渡槽结构的抗震设计中，不应忽略水体大幅晃动对渡槽槽体和下部支撑的影响作用。     

槽内水深对渡槽-水体耦合结构抗震性能的影响

采用有限元数值计算方法,研究槽内水深的变化对渡槽-水体耦合结构抗震性能的影响。数值结果表明,水体的存在使得渡槽结构的振动频率降低,在地震作用下,U形渡槽中水体的晃动幅度十分显著,从而改变了槽身地震反应性态。槽内水体对渡槽结构的影响程度与输入地震波的谱特性有很大关系,当输入地震波的主频范围覆盖渡槽结构基频,且槽内水体的振动频率与渡槽结构基频相近时,槽内水体对渡槽结构可以起到类似调谐液体阻压器(TLD)的减震效应,并对槽内水体减震效应的条件进行了判别。     

U形渡槽内水体液面晃动对流作用试验研究

大型U形渡槽多为薄壁结构,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,渡槽类结构刚度对两类等效质量的影响尚需深入研究。本研究采用几何比尺1/10的大型薄壁U形渡槽物理模型,通过振动台试验研究U形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下渡槽结构的动态响应及槽内水体液面自由晃动结构响应,确定U形渡槽中水体液面晃动的自振频率及阻尼比,并通过深入分析试验记录的液面晃动波高幅值与渡槽支座力、弯矩幅值,定量给出了试验对象U形渡槽结构槽内水体对流作用的等效质量及作用位置。可为实际U形渡槽工程抗震设计准确分析及安全性评价提供可靠依据。     

南水北调双洎河渡槽结构动力特性分析

大型渡槽结构槽内水体质量较大,在地震作用下水体的晃动对渡槽结构的动力特性及地震反应有着明显的影响.使用大型有限元分析软件对双洎河渡槽进行了动力特性分析,考虑了两种连接支座和6种不同的水深.计算结果表明,支座直接影响渡槽结构的频率和振型,水体对渡槽的振动形态影响不大,水深只影响渡槽结构的频率:水深越大,渡槽的频率越低.所得结论可为渡槽结构的抗震设计提供依据.     

U形渡槽流固耦合动力作用研究

为了研究强震下渡槽的流固耦合动力作用,本文首先用VOF模型验证了渡槽内水体响应的非线性,然后通过位移有限元方法建立了U形渡槽流固耦合模型,并根据地震作用的特点构造了一组Ricker子波,分别计算了刚、柔性槽体模型的动力时程响应。计算结果表明,渡槽流固耦合动力作用的强度主要受流体晃动频率、槽体自振频率两个因素控制,当外界激励的频率接近这两个频率时,渡槽的流固耦合动力作用将变得十分显著;当激励频率达到水体晃动频率的2倍时,水体主要运动方式将由表面晃动转变为整体惯性运动;地震作用下水体动力响应的非线性可以忽略。这些现象在渡槽抗震设计中应当引起足够的关注。     

基于ALE方法的渡槽流固耦合数值模拟

地震作用下渡槽动力响应研究是渡槽抗震设计的关键环节。基于ALE理论,选用显式动力分析软件LS-DYNA,研究了地震作用下水体晃动产生的动水压力对渡槽槽身位移和应力的影响。结果表明:槽体结构的横向位移及应力随渡槽槽内水深的增加而增大;在横向地震波的激励下,槽身上部横向位移大于下部;在水体的晃动效应下,槽身底部应力较大。     

排架式渡槽流一固耦合动力特性分析

本文分析了排架式渡槽横向流一固耦合动力特性，计算结果表明排架式渡槽流一固耦合系统的模态可分为两类一类为“流体振荡模态”，以流体的晃动为主，反映了流体固有晃动模态在耦合系统中的影响；另一类为“结构振荡模态”，以结构的振动为主，反映了结构固有振动模态在耦合系统中的影响．提出了两种特征值问题的计算方法，将其应用于实例计算，讨论了两种方法的优缺点．     

排架式渡槽流 固耦合动力特性分析

本文分析了排架式渡槽横向流 固耦合动力特性，计算结果表明：排架式渡槽流 固耦合系统的模态可分为两类：一类为“流体振荡模态”，以流体的晃动为主，反映了流体固有晃动模态在耦合系统中的影响；另一类为“结构振荡模态”，以结构的振动为主，反映了结构固有振动模态在耦合系统中的影响。提出了两种特征值问题的计算方法，将其应用于实例计算，讨论了两种方法的优缺点。     

大型渡槽流固动力耦合效应试验研究

以南水北调工程穿黄箱形渡槽为研究对象,采用大比尺水弹性振动渡槽模型在水平振动台上进行试验,研究了地震作用下和谐激励下水体与槽体相互作用效应和机理,并将试验结果和Housner模型计算结果进行了对比分析.结果表明流固耦合作用对渡槽结构的动力特性、振动位移和动应力响应以及槽内水体的动水压力特性有很大影响,弹性槽壁上的动水压力远大于刚性槽壁上的动水压力.试验条件下,由槽内水体晃动产生的动水压力很小.基于研究结果最后对Housner模型在抗震分析中的应用提出了修正建议.     

基于正则化频率变化率的排架渡槽支撑体系损伤定位研究

针对目前渡槽的支撑体系易出现的健康状况问题,提出了基于固有频率变化率指纹的渡槽支撑体系损伤定位方法。采用CFD(computational fluid dynamics)方法计算不同水深工况下矩形损伤渡槽-水耦合体的自振频率,并进行正则化分析,得到在不同水深条件下,不同损伤程度的正则化频率变化率变化关系并不受水体影响。根据相似理论,建立排架渡槽的正则化频率变化率指纹库并对排架渡槽支撑体系进行损伤定位。研究结果表明:运用正则化频率变化率指纹法进行渡槽损伤定位是可行的,为渡槽损伤的进一步研究提供了思路。     

强震下流体对渡槽槽身的作用

本文应用边界元法计算了强震下流体的非线性晃动及其对槽身的水平力及翻转力矩，将所得数值结果与线性解析方法的计算结果作了比较，分析了两类结果的异同点。计算表明：强震时，流体对槽身可能会产生很大的横向水平力，建议在抗震设计时考虑这一作用因素。     

大型渡槽结构随机地震反应与抗震可靠度分析

应用概率密度演化理论,分别研究了大型渡槽结构槽内水位变化以及水体与渡槽相互作用情况下的随机地震反应与抗震可靠度问题。分析结果表明,渡槽结构随机地震反应的概率分布呈现非规则分布,大型渡槽结构的随机地震反应与失效概率随着槽体内水位上升而显著增大。当槽体内水位一定时,考虑水体晃动对渡槽结构的影响,其地震反应却明显偏小,且抗震可靠度大幅提高。     

梁式多侧墙渡槽结构地震位移响应分析

以开口型渡槽为研究对象,应用housner理论,建立流固耦合力学模型,选择中周期地震波,施加于渡槽结构的X、Y、Z方向,运用ANSYS分析软件及结构动力分析的时程分析法,对渡槽结构进行地震响应分析,计算4种工况(空槽、中槽过水、两边槽过水、全部过水)下,渡槽结构各部件(槽身、槽墩、侧墙、底板)的位移响应。结果可知,槽身侧墙的横向抗震能力相对较低,是各种工况下的安全控制因素;流固耦合作用下,渡槽的不同结构部位,其最不利的工作状况不同;水平向地震影响(无论是横槽向还是顺槽向)下,工况4最为不利;槽身横槽向地震位移远大于顺槽方向;水平向地震激励引起的渡槽地震响应,大于竖向激励引起的地震响应。     

渡槽结构横向动力响应分析

结合某渡槽安全鉴定工作,建立单跨渡槽结构在设计水位和无水两种工况下的ANSYS三维有限元模型。选用Housner流-固耦合模型模拟了槽内水体与槽体侧壁之间的相互作用,并设定槽墩高度为8.3,10.3,12.3和14.3 m,分别进行模态分析和动力响应分析,以观察在不同槽墩高度下渡槽结构的动力响应(应力、位移和速度)变化。分析结果表明:渡槽结构在设计水位工况下的自振频率小于结构在无水工况下的自振频率;随着槽墩高度的增加,结构在设计水位工况和无水工况下的自振频率均呈减小的趋势,而槽墩顶部、槽体跨中及槽体顶部关键点处的动力响应值有总体增大的趋势;但渡槽结构不同位置的响应值不同,在地震作用下,高墩渡槽的动力响应值总体大于矮墩渡槽的动力响应值。     

预应力U型薄壳渡槽结构静动力分析

采用壳体单元和三维等参单元，对大型预应力U型薄壳渡槽静动力特性进行了三维有限元分析。给出了静力分析结果，并与模型试验作了对比。结果表明：结构最大压应力和最大拉应力均满足强度要求。最大位移也满足刚度要求，同时进行了结构的动力特性的计算分析，为渡槽的抗震设计提供依据。