黏弹性边界在某重力坝动力计算中的应用

采用APDL语言编写了黏弹性边界,在ANSYS中实现了重力坝考虑黏弹性边界的动力计算。选取安哥拉某水电站重力坝标准坝段,地震荷载激振方向按水平方向输入,用谱分析法分别采取刚性约束边界和黏弹性边界对某重力坝进行模态和动力计算。研究坝体在不同边界条件下的响应,并对结果进行对比分析。计算结果表明,采用有质量地基模型并赋予黏弹性边界比无质量地基刚性约束边界假设更贴近工程实际情况,自振频率更低,加速度分布更合理且坝顶加速度放大系数较小。     

单桩在波浪作用下的动力响应

本文着重研究高桩码头或海上桩基平台中所用的桩的动力特性及其在波浪作用下的动力响应问题。假定桩埋入土中足够深,以至可按无限长桩来考虑,桩露出土面的部分也有足够的长度,从而用动力嵌固深度的概念使桩下部复杂的受力情况得以简化。文中用有限元法对单机在波浪作用下的动力响应问题作了计算和分析。对于顶端嵌固于平台的桩,选用了一个实际平台的钢管桩群,用逆解法求得桩头约束刚度,对桩顶自由和桩顶有约束这两种情况分析了桩在外力作用下的变位和内力。     

黏弹性文克尔地基修正Timoshenko梁横向振动复模态分析

利用修正Timoshenko梁理论,考虑地基黏性阻尼,建立黏弹性文克尔地基修正Timoshenko梁动力方程,解决了黏弹性地基经典深梁(Timoshenko)两频谱矛盾。利用复模态分析方法导出微分方程在多种约束条件下的复频率求解超越方程及其振型函数。当不计梁剪切转动惯量的影响时,方程可退化为黏弹性文克尔地基经典深梁计算模型;当不计梁剪切变形的影响及地基黏滞阻尼时,方程退化为常见的弹性地基Euler梁振动模型,其计算模型较为通用。分析了黏弹性地基梁在不同理论下的计算差别,结果表明:黏弹性地基Euler梁在高频段及梁长较短的低频段具有很大误差,黏弹性文克尔地基经典Timoshenko梁相对于Euler梁误差有所减小,但随阶次的增加相对误差逐次增大,在较高频段亦产生不可忽略的影响,证明了地基黏滞阻尼对地基梁振动低频段有较大影响。     

层状边坡的地震动输入方法研究

层状边坡是自然界中最常见的边坡之一,研究其动力响应规律对边坡的稳定性评价具有重要意义。为真实模拟弹性波在层状地基中的传播过程,首先建立层状地基的黏弹性人工边界模型,然后根据波动力学理论推导了考虑介质交界面的一次反射的等效荷载计算公式,并通过两层地基算例验证该输入方法的精度;针对层状边坡,采用本文提出的地震动输入方法和一种传统的输入方法分别研究其动力响应规律。研究表明:在两层地基算例中,本文提出的地震动输入方法能较好满足工程抗震的精度要求;在边坡的动力分析中,与传统方法相比,采用本文方法的边坡塑性应变能累积效应更加明显,且动力安全系数相对较小。     

用直接确定积分常数法解算弹性基础圆拱直墙结构的内力

一、前言弹性基础圆拱直墙结构(如圈门形衬砌、水工隧洞分岔段衬砌的简化计算图式等等)的内力解算,现时采用位移法、力法或用它们的混合法进行;这就必须预先算出弹性基础圆拱和弹性基础梁的形常数,载常数或者单位变位和载变位。而这些形、载常数及变位的计算,特别是对于弹性基础圆拱结构这一部分,涉及较多的和较为复杂的算式,计算起来颇为麻烦。笔者提出,就像解一个单纯的弹性地基圆拱结构或弹性地基梁一样,利用边界条件和梁、拱间结点的连续性条件,直接确定弹性基础圆拱直墙结构中圆拱和直墙微分方程积分式     

波浪作用下半圆型防波堤及其地基动力响应的数值模拟

防波堤和地基在波浪作用下的动力响应分析需要考虑波浪-海床地基-防波堤的相互作用。该文在通用数值分析软件ABAQUS的动力显式分析框架中,利用其自带的光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟波浪与海床地基和结构的相互作用,通过二次开发,引入了求解饱和土动力固结方程的位移-孔压耦合单元,模拟海床地基中超静孔隙水压力生成、扩散和消散过程,使得ABAQUS可以进行波浪-地基-结构的动力相互作用求解。并以长江口深水航道治理二期工程为例,建立了半圆型防波堤及其地基在波浪作用下动力响应的数值分析模型。首先,通过对室内模型试验的模拟对比,验证了数值模型的可靠性;然后,通过不同工况下的数值模拟计算,分析半圆型防波堤及地基动力响应的特点和规律。数值分析表明：防波堤受到的最大水平力和垂直力不会同时出现,存在一定的相位差;防波堤受到的波压力随水深的升高而减小,随波高的增大而增大;地基土体的超静孔压随着波高的增大而增大,随水深的升高而减小;防波堤的沉降随波高的增加而增大,随水深的升高而减小。     

两层土地基中水平荷载桩的内力计算

一、概述承受水平力和力矩的桩,在计算其内力和变位时应考虑土的水平抗力。目前国内外工程界在计算这类问题时多采用文克尔假设和弹性地基梁理论。文克尔假设为:p=kx,式中p为某埋深处土的水平反力;x为该处桩的横向     

南海浮式码头与系泊系统动力耦合分析

南海部分海域由于海底地形限制,运输船舶无法正常靠泊作业,可采用成本较低的浮式码头供运输船舶停泊使用。该文应用基于开源平台Open FOAM开发的船舶与海洋工程CFD求解器―naoe-FOAM-SJTU,对一座分布式系泊系统的浮式码头在入射波浪作用下的运动响应进行了数值模拟。文中系泊系统的求解采用基于集中质量法的动力分析方法,给出了码头运动和系泊系统所受动力的时历曲线,并且将结果同静力分析进行对比,验证了采用动力分析方法的可靠性和必要性。     

长周期地震动下考虑SSI效应的层间隔震结构地震响应试验研究

隔震结构在长周期地震动下地震响应强烈,考虑土-结构相互作用(SSI效应)改变了结构的动力特性,导致刚性地基假定设计的隔震结构减震效果与理论结果存在偏差。为此,选取了一栋上部和下部子结构平面和布置相同的的层间隔震建筑,通过振动台试验,探究其在长周期地震动与土-结构相互作用下的动力特性和地震响应规律。结果表明：考虑SSI效应后,塔楼加速度响应有所减小,但随着PGA的增加,长周期地震动下加速度响应的削弱较普通地震动小;楼层位移响应有所放大,隔震层转普通地震动下层间剪力明显减小。双向输入普通地震动会增大刚性地基上底盘的加速度响应,而软土地基上加速度响应可能增大或减小。双向输入长周期地震动会减小软土地基上塔楼的加速度响应,增大刚性地基上底盘的加速度响应,增大楼层层间剪力。     

波浪荷载作用下桥墩码头动力响应分析

采用数学理论推导了规则波浪荷载与随机波浪荷载的计算表达式,并应用仿真数值模拟对波浪荷载作用下桥墩码头结构的动力响应进行了分析,研究了波浪的波高、周期、入射角、水深四个波浪参数对桥墩码头动力响应的影响。通过施加两种不同形式的极限波浪荷载,确定了桥墩主应力的分布规律以及危险区域。计算结果表明:波高和水深对桥墩码头的影响较大,但是波高的变化对桥墩的影响更为显著;周期对桥墩的影响有一定的局限性;入射角对桥墩码头影响最小;桥墩的最大主应力没有超过混凝土的抗拉设计强度,并富有一定的安全储备,桥墩是安全的。     

港口沉箱重力式结构的动力特性和波浪作用下的动力反应

本文通过室内动力模型试验与有限元计算,对沉箱重力式建筑物的自振特性(包括有水与无水情况)与波浪作用下的动力反应(包括码头的动位移,沉箱底面浮托力及侧向波压力等)进行了初步研究。并就不同的地基和弹性模量情况下的结构自振特性进行了动力有限元计算。探讨了结构与地基的相互作用,并对此输入规则波来计算结构的动力反应。本文综合介绍了上述各种情况下的试验与计算结果。并建议在一般情况下,可采用静力方法来计算沉箱在波浪作用下的动位移。提出了根据某已知地基上的结构频率推算其他不同地基条件时沉箱结构的一阶频率的经验公式。     

重力坝-基岩相互作用系统人工边界动力分析

以大型有限元软件ANSYS为平台集中比较了目前工程中广泛应用的几种人工边界条件,详细分析了半无限地基在各种人工边界以及不同频率的输入荷载作用下的动力分析结果的精确性和稳定性,对重力坝-基岩系统地震响应进行了数值分析。结果表明,人工边界的模拟精度与输入荷载的动力特性以及介质的弹性波速存在紧密的关系,当荷载激励频率较高时,相对较高的弹性波速才能保证人工边界的稳定性;黏弹性人工边界简单实用,能更好地模拟人工边界外半无限介质的弹性恢复性能和能量辐射作用。     

船行波作用下桥梁浮式施工平台动力响应分析

为研究船行波对浮式平台动力响应的影响,以国内某桥施工中设计的浮式平台为研究对象,使用海洋工程有限元分析软件 USFOS 建立了包含龙门吊在内的浮式平台模型,分析了浮式施工平台对波浪周期的敏感性,并研究了船舶航速以及船行波入射角度对浮式平台动力响应的影响。结果表明: 波浪周期对浮式结构动力响应影响很大,浮式平台自振周期应尽量远离船行波周期,以降低平台动力响应; 船舶航速增高会使波高、周期增大,设计航速应考虑浮式结构在波浪荷载下的动力响应影响; 船行波浪入射角度对该类结构的动力响应影响较大,按照 0°的入射角进行动力响应分析会低估船行波浪荷载影响。此研究成果对浮式施工平台的设计及施工具有一定的指导意义。     

船行波作用下桥梁浮式施工平台动力响应分析

为研究船行波对浮式平台动力响应的影响,以国内某桥施工中设计的浮式平台为研究对象,使用海洋工程有限元分析软件USFOS建立了包含龙门吊在内的浮式平台模型,分析了浮式施工平台对波浪周期的敏感性,并研究了船舶航速以及船行波入射角度对浮式平台动力响应的影响。结果表明:波浪周期对浮式结构动力响应影响很大,浮式平台自振周期应尽量远离船行波周期,以降低平台动力响应;船舶航速增高会使波高、周期增大,设计航速应考虑浮式结构在波浪荷载下的动力响应影响;船行波浪入射角度对该类结构的动力响应影响较大,按照0°的入射角进行动力响应分析会低估船行波浪荷载影响。此研究成果对浮式施工平台的设计及施工具有一定的指导意义。     

砂砾地基混凝土防渗墙的结构分析

任克昌-朱光农(水利电力部上海勘測設計院): (一)原文对防渗墙的结构分析提出了正确的计算原理和方法,对工程设计有重要的指导意义.在此以前,防渗墙的结构计算方法都沒有考虑墙与砂砾地基的整体协调关系,而是把它从砂砾地基中分割出来,当作一般的弹性地基梁计算的.再则,已往对砂砾地基作用在防渗墙上的土压力引用耶夫道干莫夫的士压公式,也是不正确的.耶氏士压公式是假设刚性心墙两侧士体形成主动     

内河锚泊浮式码头水动力性能分析

近年来内河水路运输飞速发展,浮式码头以其自身优势多运用于潮差较大的河段,由于浮式结构受风浪等环境因素影响较大,故对其水动力性能的研究至关重要。应用基于三维势流理论的水动力分析软件ANSYS/Workbench/AQWA建立浮式码头数值仿真计算模型,对浮式码头分别进行了频域分析和时域分析,考虑JONSWAP波浪谱与API风谱联合作用下浮式码头的运动响应,研究了不同的码头宽度和吃水深度对其水动力性能的影响。分析研究结果表明,浮式码头固有周期大约为3~8 s,设计时需注意避免固有周期与波浪遭遇周期接近,以免发生共振;浮式码头在高频区域内稳定性较好,但耐波性较差;适当增加浮式码头宽度、减小吃水深度可以减小其运动响应幅值,研究结果可为锚泊浮式码头的设计提供理论参考。     

无拉力Winkler地基梁静力分析的积分方程法

本文应用积分方程法分析了无拉力Winkler地基梁的弯曲问题。首先将无拉力Winkler地基梁的弯曲转化为一般Winkler地基梁的弯曲,然后建立边界积分方程,利用迭代法进行求解。由于该法具有未知量少、计算简单、程序易于实现的优点,可方便地应用到实际工程的设计和计算中。     

海上漂浮式风力机Spar平台动态特性分析

建立基于Umaine-Hywind Spar平台的漂浮式风力机整机模型,针对平台进行水动力特性分析,主要研究结构的时域动态响应和频域波浪力响应。利用有限元软件ANSYS中水动力计算模块,考虑风、浪、流联合载荷,得到风力机平台的时域和频域特性,通过平台随时间的位置变化幅度分析了平台的动态响应特性;分别研究了各波浪力成分对结构运动的贡献,并探讨了波浪力随频率的变化趋势。结果表明：结构在低频波浪作用下容易出现较大响应,包括幅值响应算子和所受波浪力;在主要波浪力成分中,附加质量力峰值最大;结构在外界载荷作用下平台的偏转运动比水平位移运动更显著。     

深厚覆盖层上土石坝动力分析黏弹性边界处理方法

当覆盖层地基深度相对其上土石坝坝高较大时,大坝动力分析计算中常将覆盖层地基截断,只取临近坝体部分覆盖层地基连同坝体一起作为计算分析对象。用黏弹性边界条件代替固定边界条件,可以消除或有效降低由于截断边界造成外行波无法透过边界而引起的计算误差。本文采用施加等效地震惯性力的方法实现黏弹性边界条件下的地震动输入、采用等效线性化方法反映覆盖层地基边界上黏弹性边界条件的非线性特性,建立了基于黏弹性边界条件的深厚覆盖层上土石坝动力反应分析方法。研究表明:施加等效地震惯性力的方法可以简单而有效地解决黏弹性边界条件下的地震动输入问题;固定边界条件大幅提高了坝体在地震作用下的动力反应水平,使得计算的结果偏于安全。     

板桩结构计算的拟简支梁法

基于竖向弹性地基梁计算模型,提出了板桩结构计算的拟简支梁法．通过在板桩拉杆锚碇点与板桩底端设置计算模型的人工支座,即将板桩的计算模型简化为简支梁,建立板桩与土的变形协调方程,再根据板桩的边界条件,建立静力平衡方程,求解得板桩的内力及拉杆拉力．应用拟简支梁法对我国板桩码头进行结构计算的结果,与通用有限元计算软件ANSYS的计算结果十分接近.