联体式渡槽流固耦合动力特性分析

基于势流体假设建立渡槽——水流固耦合二维联体式渡槽模型,分别计算比较刚性地基约束情况和考虑桩土作用的弹性地基约束情况的渡槽结构在不同水深工况下的计算结果,分析了联体式渡槽的动力特性以及土一桩结构相互作用对上部结构动力特性的影响。计算结果表明：槽内水体使结构自振频率降低,并且随着水深的加大频率降低越多;考虑桩一土相互作用使渡槽结构变柔,自振周期变长,因此在渡槽的静动力计算分析中有必要考虑桩土作用。     

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。     

考虑流固耦合的大型渡槽动力特性计算

为计算大型渡槽考虑流固耦合的动力特性,以Housner理论为基础,建立了考虑流固耦合的大型渡槽薄壁梁段单元的动力分析模型,利用此模型编写计算机程序,计算了南水北调中线工程某大型渡槽结构在多种工况下的自振频率和振型,计算结果表明,渡槽槽内水体与槽身的动力耦合对渡槽结构的自振频率和振型影响显著,在对大型渡槽结构进行动力特性计算时,采用考虑相应水位的流固耦合模型比较符合渡槽结构的实际情况。     

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．     

大型多侧墙联体式矩形渡槽槽身优化设计研究

应用复合形法对大型多侧墙联体式矩形渡槽槽身进行了多因素约束条件优化设计研究,指出:采用多因素优化设计可得到结构适用性、安全性、经济合理性协调一致的设计方案;横梁布置间距对槽身优化方案有一定影响,适当减小横梁间距,可有效加大槽身跨径;由于槽身重力大,平原地区基本风压较小,因此槽身横向抗风稳定具有足够的安全度.     

大型矩型水工渡槽三维流固耦合动力分析

建立了流固耦合(FSI)系统的位移一压力(ui,p)有限元格式,给出流固耦合系统的动力特性方程;并基于FSI系统的(ui,P)格式建立槽体-水体-槽墩-基础-地基系统的力学模型,采用非对称模态提取法求解了4种水深下渡槽的动力特性,计算了4种水深、2种强震作用下大型渡槽的动力响应,得到了不同水深、不同激励下渡槽结构动力特性和动力响应的变化规律.计算结果表明,基于FSI的(ui,p)格式,考虑了槽体与水体的相互作用,简化了计算模型,提高了计算精度.     

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。     

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.     

水工结构流固耦合动力特性分析

本文给出了结构位移与流体速度势表示的结构－水流作为统一流固耦合系统的基本方程与定解条件,从加权余量的伽辽金方法出发,导出系统的有限元方程,对某弧形闸门的动力特性进行了详细分析,得出了弧门在不同开度下流固耦合的理论模态特性。     

考虑流固耦合的大型预应力渡槽地震反应分析

借助大型通用有限元软件ANSYS对“渡槽槽身+槽内水体+预应力钢绞线”复杂体系进行有限元模拟研究,并编制相应程序,计算了南水北调中线洺河渡槽在同步激励作用下的地震时程响应,进行地震荷载作用下的强度和刚度校验,从而确定了渡槽的抗震性能,为实际工程提供了有价值的参考。实例计算表明,该模型及方法可为具有流—固耦合特征的大型预应力渡槽结构的抗震设计提供实用有效的方法。