基于ANSYS的大型渡槽地震动力结构性态分析

大型渡槽广泛应用在长距离输水工程,不少渡槽会穿于地震高烈度地区。为了提高渡槽的抗震性能及优化渡槽结构,需要对渡槽不利部位的特征点进行抗震动力计算。文章首先计算了渡槽结构的自振特性,采用了附加质量法模拟动水压力,结合规范要求的反应谱构造了人工波的地震动输入,分析了槽身侧墙和底板动力响应的最值点的变化特性。由工程案例可知：槽身侧墙的中间高度较为容易出现破坏,槽身底板在跨端部位较跨中处更容易出现破坏。该研究方法可为同类大型渡槽的动力分析提供范例指导。     

基于ANSYS模拟的引水渡槽水利工程动力响应特征分析研究

针对苏北某引水渡槽水利工程开展地震动力响应特征分析,利用ANSYS有限元软件,建立三维有限元模型,分析渡槽结构自振特性与地震动力响应特征.结果表明:①研究了有无水工况下渡槽结构振型分布特征,分析了水流作用对渡槽振型特征影响较弱.②渡槽结构自振频率均与计算阶次呈正相关,但前10阶次自振频率增长幅度高于后10阶次,有水工况...     

考虑流固耦合作用的双槽渡槽地震响应分析

为研究考虑流固耦合的大型双槽渡槽结构动力响应特性,采用空间8节点非协调元,基于流固耦合动力相互作用理论及弹性理论推导计算公式,编制了有限元计算程序。对南水北调中线双洎河渡槽的典型三跨进行了模态分析和地震时程响应计算,结果表明:槽内有水将大大增加渡槽结构质量矩阵中的数值,使结构自振频率明显降低,考虑流固耦合动力作用工况较空槽工况对应的地震响应值(包括位移、速度、加速度等)大,对结构整体抗震不利。     

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。     

大型渡槽隔震体系结构动力特性的试验研究

为解决南水北调大型渡槽工程中的抗震问题,进行了模拟地震振动台试验研究,分析了减震支座水平刚度、槽内水体及场地对渡槽结构动力特性的影响。研究结果表明,减震支座的水平刚度越小、槽内水体质量越大,渡槽结构自振周期越长,从而达到减震效果,提高渡槽的抗震能力。此外,场地对减震效果影响显著。     

下承式桁架拱渡槽三维有限元抗震分析

结合山西省某引水工程下承式桁架拱渡槽结构抗震设计,采用ANSYS软件,建立空间实体有限元分析模型,通过模态分析确定结构固有频率及其振型,由振型分解反应谱原理,求解渡槽整体结构的空间地震响应,并利用渡槽结构的静、动力特性,获得了渡槽各构件控制截面的等效内力,为工程抗震设计提供了可靠依据。     

渡槽动力特性的有限元分析

渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山谷、谷口等的架空输水建筑物,在国内外发展历史悠久,是中国南水北调工程中的重要立体交叉工程。渡槽结构的动力特性分析是渡槽结构地震响应分析和抗震设计的基础。文章研究了矩形渡槽在无水情况下的自振频率、振型(干模态);在对干模态分析的基础上,考虑水体与结构的相互作用对渡槽动力特性的影响,采用附加质量原理来处理水体和渡槽槽壁的相互作用,建立水体-槽体的系统有限元模型,得出矩形渡槽在不同水深时的自振频率和主振型。结果表明:水体对渡槽的动力特性影响比较明显,自振频率随着水深的增大而减小,即质量越大,频率越低;水体对渡槽结构的主振型的形态没有影响,干、湿模态的振型相似。     

高阻尼橡胶隔震渡槽的设计和动力性能研究

以南水北调工程为背景,运用高阻尼橡胶隔震技术,并借鉴建筑与桥梁相关规范及设计经验对某渡槽进行隔震设计.采用Housner模型建立渡槽流固耦合有限元动力模型,分析隔震渡槽的的动力特性和地震响应.结果表明:隔震后结构前三阶振型均为隔震振型;采用高阻尼橡胶支座隔震和铅芯橡胶支座隔震渡槽的结构振型一致,自振频率基本相同;地震动特性对地震响应结果影响很大,当地震波特征频率与结构基频越相近时,槽身和支座响应越大,采用隔震支座效果越明显;三向地震动输入下,隔震渡槽各部位响应峰值可供设计时参考.     

U形渡槽流固耦合有限元建模与响应谱分析

渡槽结构的振动特性分析是进行结构抗震设计与安全评价的重要内容之一。结合景泰川电力提灌二期工程的特点,考虑实际工程输水过程中水体与槽体间的耦合作用,采用ANSYS软件中融合的流固耦合模块建立了渡槽三维有限元模型,并对3种不同水位工况进行模态计算,得出相应的固有频率和主振型特征,再将正常水位工况下的计算结果与用HHT方法辨识的结果进行对比,误差范围为0.2%~4.4%,能够满足实际工程要求,说明有限元模型的适用性较强,同时对其主振型特征进行分析总结并提出合理的建议,最后利用反应谱理论对渡槽结构进行动力响应计算,得出不同工况下渡槽结构的位移、应力响应最值及变化规律,为渡槽结构的抗震设计、后续研究和该工程的加固改造提供理论依据。     

水布垭水电站进水塔结构抗震分析与安全评估

进水塔结构属于水下建筑物,其地震安全性至关重要。采用大型三维有限元程序ANSYS对水布垭水电站地下厂房进水塔结构进行抗震分析,计算分析了进水塔结构的自振特性,并通过反应谱方法计算了在水平向地震作用下进水塔结构的动力响应,包括动位移、动应力和加速度分布。将动力计算结果与静力计算结果进行叠加,对进水塔结构抗震性能进行评估,结果显示进水塔结构的变形与强度均能满足要求,为工程设计提供了依据。     

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。     

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。     

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。     

不同支座形式对渡槽结构地震响应的影响

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,得出不同支座形式对槽体结构动应力及动位移的影响,为同类工程设计提供理论依据和指导.     

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。     

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。     

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.     

考虑槽身与槽内水体流固耦合的渡槽地震反应计算

基于考虑槽身与槽内水体流固耦合的渡槽薄壁梁段单元的动力分析模型,计算了南水北调中线工程某渡槽结构的地震反应.计算结果表明,随着水位的上升,渡槽结构地震反应增大;考虑槽身与槽内水体流固耦合时,渡槽结构的横向地震反应、伸缩缝相对折角小于不考虑流固耦合的情况,而槽身横截面绕轴线转角却大于不考虑流固耦合的情况,说明槽身与水体的相互耦合对渡槽结构地震反应影响显著.因此,在对渡槽结构进行地震反应计算时,应采用能考虑相应水位的渡槽流固耦合动力分析模型,并计算渡槽在不同地震波激振下的地震反应才能综合反映渡槽结构在地震作用下的实际情况.