大型渡槽结构非线性地震响应可靠性分析

运用渡槽薄壁结构弹塑性动力分析模型,开展了渡槽非线性地震响应可靠性分析计算。渡槽薄壁结构弹塑性动力分析模型是集渡槽薄壁结构线弹性模型和非线性多弹簧模型为一体,可用其进行结构弹塑性地震响应分析。采用人工地震波生成方法并将地震波作用于实际渡槽结构进行时程分析,将得到的地震内力响应样本值建立可靠度功能函数并进行统计分析,运用矩法分析计算结构失效概率密度函数和对应的结构失效概率值。     

渡槽结构考虑流固耦合地震响应及求解敛散性

基于所建立的考虑流固耦合渡槽梁段单元动力分析模型,对渡槽结构在多务地震波下的地震响应进行计算分析.该模型综合考虑了渡槽横向、竖向、纵向、自由扭转和约束扭转变形,以及槽内水体与渡槽槽身的流固动力相互作用的影响.结合工程算例探讨了大型渡槽结构考虑流固耦合地震时程响应解答的敛散性,结果表明:计算是收敛的、可靠的.说明该模型是考虑渡槽内水体流固耦合作用实用的地震响应模型,计算结果可为大型渡槽抗震设计提供参考.     

考虑碰撞效应的渡槽结构耗能减震控制

通过建立考虑碰撞效应的渡槽结构动力分析模型,利用铅芯橡胶支座对双边碰撞下的渡槽结构地震响应进行减震控制,研究一致地震动激励下基于铅芯橡胶支座的渡槽结构耗能减震性能特点。计算结果表明:采用铅芯橡胶支座可以有效地抑制渡槽结构在地震激励下的响应,减小碰撞效应的不利影响。     

多维度地震波作用下渡槽结构动力响应研究

通过研究渡槽结构在单向地震作用下的动力响应,利用附加质量法和流固耦合法研究渡槽结构在EL-Centro地震波不同分量下的动力响应。研究结果表明：不同地震波作用方向下,结构的动力响应不同。其中,顺槽向和横槽向地震响应较为显著,竖向最弱。对于各个方向上,水位对于结构动力响应的影响均较大,且不同的方法计算结果有所不同;研究方法同单向地震波作用。在二维地震波作用下,结构的动力响应明显强于一维地震波单独作用下的动力响应。     

不同地震波作用方向的大型渡槽动力响应分析

以南水北调中线工程中某大型渡槽结构为研究对象,采用ADINA软件中的势流体单元研究考虑流固耦合作用下渡槽结构的动力响应规律。本文对渡槽结构在顺槽向、双向和三向地震波作用下的动力响应分别进行了仿真研究。并分析了附加质量法和ADINA完全流固耦合法在计算流固耦合问题上的异同,及多维地震波对结构动力响应的影响。结果表明:水深及地震作用方向对渡槽结构的动力响应影响较大,且应在双向地震波作用下来研究结构的动力响应问题。     

大型薄壁输水渡槽流固耦合振动台试验研究

地震高烈度区大型高架渡槽的抗震安全是我国西南地区长距离调水工程建设及运行过程中难以回避的重大挑战。渡槽结构与槽内水体动力相互作用是地震响应分析及安全评价的关键问题。目前使用较多的将水体以附加质量方式计入其对结构动力响应影响的方法是基于刚性壁与流体相互作用假定下推导建立的。大型渡槽多为薄壁结构,柔性结构与水体间的动力相互作用与刚性壁假定存在明显的不同。本研究采用几何比尺1/10的大型薄壁渡槽物理模型,通过振动台试验研究渡槽与水体的动力相互作用。通过深入分析稳态白噪声激励和11组双方向地震波激励下渡槽结构的动态响应,确定大型薄壁渡槽中水体对结构自振频率及渡槽两端支座力产生的重要影响,并给出了试验对象渡槽结构槽内水体与渡槽动态相互作用的等价质量定量关系。为实际工程抗震设计准确分析评价渡槽抗震安全提供可靠依据。     

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.     

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,有水工况下自振频率显著低于无水工况,第1阶次下有水工况相比无水工况降低26.2%。(3)地震动荷载下,渡槽支撑结构中下部承台应力值最大,达1.77 MPa;渡槽各特征点同一方向的加速度时程曲线一致,顺渡槽向峰值加速度均维持在0.35 m/s~2,但竖向峰值加速度相比顺渡槽向降低51.4%。研究结果可为引水渡槽等水工结构动力响应特征研究提供一定参考。     

大型渡槽的动力响应分析

针对大型渡槽的动力响应问题,以南水北调工程沙河渡槽为例,应用有限元软件建立三维计算模型,采用附加质量法考虑动水压力,用Newmark方法对结构进行了全时域下的横向应力和纵向应力计算,并对其在横向激励(地震)下的动力响应进行了分析。结果表明:渡槽结构的动应力均随槽内水深的增加而增大;在横向地震激励作用下,槽底纵横梁对横向应力影响较大,容易在纵横梁交界处引起应力集中;在横向激励下,渡槽结构横向位移的响应规律是跨中大、两端小。     

大型U形双渡槽结构动力分析

应用三维有限元动力分析方法,建立大型U形双渡槽结构动力分析有限元模型,计算其在不同过水工况下的自振特性,并采用振型分解反应谱法分别按水工建筑物抗震设计的规范谱和穿黄工程场地危险性分析确定的场地谱计算渡槽的地震动力响应。结果表明：槽中水体对渡槽的自振特性影响显著;按场地谱计算的动力响应约是规范谱的3倍;支撑结构是渡槽抗震的薄弱环节。     

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。     

大型渡槽设置隔震支座效果分析

由于缺少动力特性资料及实际运用经验,我国渡槽抗震设计无可遵循 , 因此,研究大型渡槽的减隔震问题,具有十分重要的现实意义。针对南水北调工程中某渡槽结构,利用双线性模型对铅芯橡胶隔震支座的非线性滞回恢复力曲线进行模拟,以有限域内附加质量法考虑水体对渡槽槽身的动力作用,进行了不同支座结构地震反应的比较分析。结果表明隔震支座可以有效降低结构的地震响应,提高结构的抗震能力,成果可为渡槽的隔震设计提供参考。     

强震作用下肋拱式渡槽动力响应及损伤破坏机理研究

为探究强地震作用下肋拱式渡槽结构的损伤破坏演化过程，以长岗坡渡槽为例，建立肋拱式渡槽结构三维非线性有限元模型，采用黏弹性人工边界方法来实现无限域地基的精准模拟，引入混凝土塑性损伤本构模型，开展不同地震强度作用下肋拱式渡槽结构的动力响应分析及损伤破坏模式的研究。研究结果表明：渡槽结构的动力响应随地震强度增大而增大；地震作用下，基于塑性损伤本构模型，通过模拟得到渡槽结构的峰值位移、峰值加速度响应均较线弹性本构模型模拟结果大，主要是因地震波的持续作用使结构出现塑性损伤，致使刚度退化；反之，峰值应力较线弹性模型结果小，主要是因结构出现的塑性损伤会导致结构阻尼增大，耗散能增大。渡槽整体结构损伤严重的部位为顺槽向靠近支墩位置的槽体、跨中肋柱以及支墩、肋拱、肋柱交界处，明晰了槽体、小腹拱、支墩等构件的损伤演化破坏演化过程，揭示了其主要是由结构受力不均而引发的混凝土受拉损伤破坏的损伤破坏机制。研究成果明晰了渡槽结构的抗震薄弱部位，可为类似渡槽结构的抗震设计及加固处理提供理论基础。     

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ＩＤＡ的渡槽结构地震易损性分析

渡槽结构是由槽身、槽墩和支座等相互关联的构件组成的结构系统。强震作用下,仅用单一构件的地震易损性来评价渡槽结构系统的地震易损性,往往会高估渡槽的抗震能力。为研究渡槽结构系统的地震易损性,以一座三跨等距简支梁式渡槽为研究对象,基于ＯｐｅｎＳＥＥＳ平台建立了有限元动力分析模型,采用增量动力分析法（ＩＤＡ）计算了槽墩、盖梁处板式橡胶支座以及槽台处聚四氟滑板支座三种构件的横槽向地震易损性;然后,分别通过一阶界限法和二阶界限法,建立了渡槽结构系统地震易损性曲线,并进行了对比分析。结果表明,地震作用下,渡槽结构的板式橡胶支座与聚四氟滑板支座相比槽墩更容易发生损伤;渡槽结构的系统易损性大于单一构件的易损性;二阶界限法所得结构失效概率区间均位于一阶界限法上下界之间,相比一阶界限法,采用二阶界限法建立的系统易损性曲线来评估渡槽结构的抗震性能更为合理。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。