风载下渡槽结构体系位移控制的可靠度研究

 以渡槽槽架结构的顶点位移和层间位移作为控制标准,提出了渡槽结构在风荷载作用下位移控制的可靠度分析模型;基于现行相关规范的规定,提出了渡槽槽架结构的顶点位移和层间位移限值;根据各种设计参数的随机特征,采用Monte-Carlo模拟与有限元结合的方法对渡槽结构体系位移控制的可靠度进行了研究,建议以1/550作为渡槽槽架结构的顶点位移和层间位移的控制指标值。     

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。     

某大型预应力U形薄壁梁式渡槽结构受力分析

采用通用的有限单元计算软件,对沙河预应力U形薄壁梁式渡槽进行了受力分析。结果表明:U形截面渡槽由于槽身光滑、平顺,因此槽身应力分布均匀,拉应力值较低;人行荷载和风载对渡槽的位移和应力影响很小,在设计水位作用下,槽身结构的竖向位移比空槽大近1倍,说明水荷载对渡槽有巨大影响。     

渡槽结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应

针对渡槽结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应问题,以南水北调中线某渡槽为例,采用M法模拟桩周土体对桩的作用,采用基于Housner理论的弹簧质量模型模拟槽身与水体的相互作用,并利用三维有限元建立了渡槽结构在爆炸冲击荷载下的分析模型。利用时程分析法分别计算了渡槽结构在空槽、半槽水深、设计水深3种工况下,遭受爆炸冲击荷载时所产生的位移和应力。结果表明：槽身的最大位移响应和最大应力响应均大于槽墩的,槽身中部的最大拉应力响应大于槽身两端的,侧墙顶端和底板中部拉应力响应相对较大,而槽墩上部的最大位移响应和最大应力响应又大于槽墩下部的;在空槽时,槽身内最大拉应力和最大位移响应最大,此时对结构最为不利。     

桩基梁式多侧墙渡槽抗震可靠度研究

将桩基粱式多侧墙预应力渡槽分解为槽身部件、槽身、槽身＋槽墩等力学研究对象,对每一研究对象分别采用拟静力法、底部剪力法、振型分解反应谱法及H0usner方法,建立地震作用模式及地震可靠度计算模型,以不同模式下结构可靠指标口的均值来评价结构的抗震可靠性．计算了南水北调中线渡槽工程实例。结果表明：在水平地震影响下,槽身在槽墩上沿纵、横向的抗滑稳定是渡槽工程抗震安全最薄弱的两个方面,且横向比纵向更为不利;在中震影响下,渡槽的抗震可靠度满足规范要求,但抵御大震能力显著不足。     

大型渡槽结构半主动变阻尼控制研究

在渡槽减震研究方面,结构主动变阻尼控制对于纵向地震输入下渡槽结构主动变阻尼控制的研究几乎为空白。根据结构振动控制的基本原理,建立了大型渡槽的动力分析模型及运动方程,采用限界Hrovat最优控制算法来调节变阻尼控制装置实现相应的控制力;并以南水北调某大型渡槽为例,对比计算了大型渡槽在无控、半主动控制和主动控制三种情况下的地震响应差异。结果表明:在跨间伸缩缝处安装主动变阻尼控制装置,中跨左右节点和跨中最大位移分别降低了31%、27%和30%,对槽身和墩顶的位移控制效果较好。主动变阻尼装置能提供与结构运动方向相反即阻止结构运动的控制力,能有效降低渡槽结构纵向地震响应,限界Hrovat最优控制算法能很好跟踪和实现目标主动最优控制力。     

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。     

基于ANSYS的渡槽三维有限元分析

针对U型钢筋混凝土渡槽,将钢筋混凝土的弹性模量和容重进行等效处理,建立三维有限元模型,模拟分析U型渡槽槽身的位移变形和应力分布特征。模拟结果表明,渡槽槽身的位移变形和应力分布特征基本符合一般分布规律。在正常水压力的作用下,槽身的最大位移和变形主要集中在跨中两侧的中上部;应力分布主要是集中在跨中底部,并且在X方向两端支墩处有可能引起拉应力,应引起注意。     

桩基梁式多侧墙预应力渡槽体系可靠度研究

对桩基梁式多侧墙预应力大型渡槽工程,以槽身构件+槽身+支承槽墩+桩基为研究对象,建立了体系可靠度计算模型,以南水北调中线洺河渡槽为例,计算了不同槽内水深、不同季节输水、不同抗力折减度及不同抗力变异度时,结构体系可靠指标及主要失效模式可靠指标。结果表明:随水深增大,体系可靠度及体系中槽身与桩基的可靠度降减十分明显,遇偶然因素作用引起抗力折减时也出现相似情况;而结构老化引起的体系可靠度降减较为平缓;不同季节输水时体系运行可靠度相差不大;当不考虑桩端承载力时,桩周抗滑稳定可靠度极低。     

上承式板拱渡槽结构动力性能分析研究

结合南水北调中线工程河北段千渠左岸排水渡槽结构设计,建立了考虑流固耦合作用的上承式板拱渡槽动力分析有限元模型,研究了不同过水工况下结构的自振特性,采用反应谱法计算渡槽的地震动响应,分析了不同过水工况下渡槽主拱、槽身纵墙和纵向大梁及底板等控制截面的动应力和动位移的分布规律,为工程设计提供了计算依据。     

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。     

考虑地震行波效应的渡槽动力响应分析

以南水北调中线漕河渡槽为研究对象,考虑在地震行波效应问题中,采用支座大质量法实现多点地震输入,并与一致输入的结果进行对比。结果表明:地震波多点输入考虑行波效应时,渡槽结构纵向位移峰值可增大数倍;地震效应对横向位移值的影响最为显著,对竖向位移值和应力分量的影响不大;在行波效应影响下,纵向位移和横向位移有增大趋势,竖向位移、第一主应力和第三主应力呈减小趋势。     

大型水工渡槽减隔震机理与效应分析

渡槽由于槽体及其水体的巨大载荷,地震时,动力反应强烈,按传统抗震设计理论难以保障其安全性.采用简化多质点模型,横槽向按Hosner考虑水体作用结合某渡槽减隔震参数设计,分析研究渡槽隔震机理及效应.控振计算表明,采用减隔震装置是解决渡槽抗震安全的可行措施,适度延长隔震结构周期与调整阻尼是控制渡槽振动的有效途径.并提出,减隔震频率除必须满足低于原结构频率的0.5倍外,还与地震频率有关,同时受到槽内振荡水体晃动频率的制约.     

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。     

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。     

大型渡槽铅销橡胶支座减震机理的数值模拟

采用数值模拟方法探讨了大型渡槽采用铅销橡胶支座(Lead Rubber Bearing,简称LRB)的减震效果及减震机理。应用流体固体动力耦合模型合理地处理了渡槽内水体与槽壁的动力相互作用，并考虑了LRB的双线性特性对整个渡槽系统的影响，编制了相应的分析计算程序。数值分析结果说明：(1)各种条件下LRB都有不同程度的减震效果，未产生负面效应，采用LRB对渡槽进行减震是可行的；(2)不同型号的LRB减震装置都有很好的减震效果，但各响应量会有较大差异，针对不同的渡槽存在减震支座优选的问题；(3)LRB减震支座对较大地震激励比小震更有效，但设置LRB支座以后，槽体的大位移对槽体的止水等联接部位将有较高的要求，这是采用减震支座时应特别注意的问题。     

大型渡槽结构动力响应分析

现针对大型渡槽结构动力响应问题,考虑槽内水体与槽壁的相互作用,采用三维有限元及时程分析技术,建立了大型渡槽结构动力响应分析的力学模型,对不同过水量下结构的动应力及动位移进行了计算分析,得出不同过水量下槽体结构动应力及动位移的变化规律等结论,为同类工程设计提供理论依据和指导。