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。     

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。     

基于三维粘弹性边界的升船机塔柱结构地震响应分析

以金沙江下游支流上某拟建升船机塔柱结构为例,通过ABAQUS有限元软件,采用编写的计算程序实现了三维粘弹性边界及地震动输入,并通过算例验证了所提方法的正确性。采用考虑无限地基辐射阻尼的三维粘弹性人工边界模型及无质量地基模型,分析了高扬程大型升船机塔柱结构在横河向及顺河向7度地震作用下的动力响应。结果表明,塔柱结构顶部横河向位移大于顺河向;塔柱筒体与筏形基础接触面出现应力集中现象,承受较大的压应力,筏形基础顶部中间部分两端承受较大的拉应力;与无质量地基模型计算的动力响应相比,粘弹性人工边界模型计算的塔柱结构动力响应相对较小。     

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。     

水电站地面厂房鞭梢效应及抗震分析

以某水电站地面厂房为例,研究了厂房上部结构在地震中的鞭梢效应,探讨了鞭梢效应的成因和机理,根据水电站厂房的几何构造、受力特点和动力特性建立了整体和局部模型,并采用时程分析法对比分析了不同模型在地震中的动力响应。结果表明,从基础传来的地震波经厂房下部结构放大后,对上部结构的地震反应影响显著,而上部结构的鞭梢效应也对下部结构的地震响应有一定的影响。     

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。     

基于ADINA的某重力坝闸墙动力响应研究

大坝顶部闸墙在强震作用下易震损,变位较大,从而对闸门安全运行产生影响,为此探讨地震作用下坝顶闸墙的动力响应十分重要。应用大型有限元分析软件ADINA建立了典型坝段、地基及顶部闸墙结构的整体三维数值仿真模型,地基采用Mohr-Coulomb模型,坝体和闸墙采用concrete模型,输入人工拟合的地震波研究了两种布置型式的闸墙动力响应和极限抗震能力。结果表明,#2坝段闸墙的结构型式在地震作用下会产生较大的横河向变位,设计地震作用下闸墙横河向最大相对位移已达到6.496 mm,但残余相对位移较小;#2坝段允许承受的地震波峰值为0.22g,此时闸墙底部已发生贯穿破坏,闸墙横河向的残余相对位移为-11.637mm,这可能对闸门的安全运行产生影响。     

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。     

竖向地震对充水塔楼结构及上部排架系统的影响

以景洪水电站水力式升船机塔楼及上部机房结构振动台模型试验为例,通过有限元软件ADINA中势流体单元分析了水体和结构的相互作用问题,探讨了竖向地震激励对充水塔楼结构及上部机房的影响.结果表明,竖向地震动可致此类有限空间内动水压力有所增加而对系统动力响应影响轻微,可为类似结构的抗震设计提供参考依据.     

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。     

极限环境载荷诱导风力机结构振动影响分析

风力机桩基、塔架及连接部件构成的支撑结构属顶部承担较大质量的力学结构,地震对其造成的影响远大于常规建筑.针对上述问题,基于NREL开发计算平台,联合TurbSim、AeroDyn、FAST及Seismic,对变风载荷、变地震载荷(波形、强度)下的风力机动力学响应进行研究.发现:地震横波对风力机结构响应造成剧烈影响,纵波...     

基于精确桩土模型的桁架式大型海上风力机地震动力学响应分析

为更精确研究桁架式大型海上风力机在地震载荷作用下的结构动力学响应,建立桩土模型,描述土体物理性质与桩-土间的相互作用,以桁架式支撑结构的美国可再生能源实验室(NREL)5 MW海上风力机为研究对象,建立有限元模型并分析在湍流风与地震联合作用下的动力学响应.结果 表明:相较于湍流风,地震作用对桁架式海上风力机动力学响应的...     

不同海况下近海超大型风力机动力学响应及结构损伤分析

以超大型DTU 10 MW单桩式近海风力机为研究对象,通过p-y曲线和非线性弹簧建立桩-土耦合模型,选取Kaimal风谱模型建立湍流风场,基于P-M谱定义不同频率波浪分布,并利用辐射/绕射理论计算波浪载荷,采用有限元方法对不同海况下单桩式风力机进行动力学响应、疲劳及屈曲分析。结果表明：不同海况波浪载荷作用下塔顶位移响应及等效应力峰值远小于风及风浪联合作用,其中风浪联合作用下风力机塔顶位移响应及等效应力略小于风载荷;波浪载荷对风载荷引起的单桩式风力机动力学响应具有一定抑制作用,此外相较于波浪载荷,风载荷为控制载荷;风载荷与风浪联合作用下风力机等效应力峰值位于塔顶与机舱连接处,波浪载荷风力机等效应力峰值位于支撑结构与桩基连接处;仅以风载荷预估风力机塔架疲劳寿命将导致预估不足;随着波浪载荷的增大,风力机失稳风险加大,波浪载荷不可忽略;不同海况下,风浪联合作用局部屈曲区域位于塔架中下端,在风力机抗风浪设计时,应重点关注此处;变桨效应可大幅降低风力机动力学响应、疲劳损伤及发生屈曲的风险。     

大型海上风力机地震冲击角动力学响应分析

为研究海上风力机在不同地震冲击角下的动力学响应,基于p-y曲线法构建土-构耦合模型,基于DTU 10 MW 单桩式近海风力机建立有限元模型,研究地震冲击角变化对大型海上风力机地震动力学响应的影响。结果表明：0°和90°地震冲击角下风力机结构受载荷响应最剧烈;当地震冲击角为锐角时,塔顶前后向和侧向位移幅值均下降,总应变能集聚现象显著缓解;地震冲击角为15°和30°时风力机等效应力均值相对其他角度有明显下降。因此,主动调整风力机叶轮朝向以调整地震冲击角可能成为风力机受地震冲击后降低损害的有效控制方式。     

不同海况及伺服系统作用下10 MW单桩式风力机地震易损性研究

为探究不同海况及伺服系统下单桩式近海风力机的地震易损性,以DTU 10 MW风力机为研究对象,建立风浪相关的地震-湍流风-波浪多物理场模型,研究其在变速变桨伺服系统下的动力特性,基于增量动力分析方法评估其地震易损性。结果表明：变速变桨伺服系统可有效缓解风力机高风速下无地震作用时的塔顶振动;当风轮在大推力下,较小的波浪载荷一定程度上可降低风力机塔顶振动及塔底弯矩;随地震动强度增加,风力机各临界损伤状态失效概率逐渐增加;风力机地震易损性主要由地震动强度决定,波浪载荷与湍流风载荷对风力机地震易损性影响较小。     

主余震序列作用下近海风力机动力特性研究

为研究主余震序列作用下近海单桩式风力机动力响应特性,以DTU 10 MW风力机为研究对象,构建地震-湍流风-波浪多物理场计算模型,并通过重复法及衰减法构造主余震序列,研究主余震序列对风力机动力特性的影响。结果表明：当地震正向冲击时,环境载荷主要影响塔顶前后向振动,地震载荷为塔顶侧向振动的决定载荷,可在一定程度上缓解环境载荷所造成的塔顶振动。主余震序列作用时相较仅主震或余震序列作用,风力机塔顶振动明显增强,塔架最大等效应力变大,应变能集聚现象更为明显。余震较强时,风力机余震阶段塔顶振动、最大等效应力及应变能集聚现象强于主震阶段。     

高拱坝流固耦合动力特性研究

高拱坝的动力特性分析是高坝抗震设计的重要内容。结合拉西瓦拱坝,考虑流固耦合作用及粘弹性边界影响,建立拱坝—地基—库水三维有限元模型,以研究库水对拱坝结构振动频率和振型的影响,借助反应谱理论对拱坝进行反应谱计算与分析。结果表明,坝体位移以顺河向为主,位移最大处出现在坝顶;坝体应力主要为拉应力,应力最大处出现在坝顶附近,计算结果与事实情况相符,符合拱坝震动的一般规律;在设计反应谱的振动作用下,该拱坝未出现大范围的破坏,满足《水工建筑物抗震设计规范》要求。