水体质量对大型梁式渡槽横向抗震性能影响研究

通过对流固耦合动力作用简化方法的研究,用等效的弹簧-质量系统来模拟流体与渡槽结构的动力相互作用,并对某渡槽进行了多种地震波作用下的抗震性能分析,得到了大型梁式渡槽结构的自振特性、地震响应。结果表明:槽内大质量水体对渡槽的横向地震响应有较大的影响,若不考虑槽内的水体将低估渡槽的地震反应;但因水体的晃荡作用减小了水体自身的地震反应,若将水体视为刚体附加到槽体上将严重地夸大水的地震惯性力作用。     

大型矩形渡槽-水耦合体系的动力性能分析

本文把任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法用于分析大型矩形渡槽结构-水耦合体动力性能,并针对不同的水位、不同截面深宽比,研究渡槽结构在谐波激励、地震激励下的振动反应。研究表明,渡槽结构中水体的泼溅具有明显的非线性特征;渡槽中水位对耦合体动力特性影响极具规律性,但是随截面深宽比减小,水体振荡的非线性明显增强;渡槽结构截面深宽比选择合理,水体泼溅作用产生的倾覆力矩不会使槽体发生倾覆失稳,但是水体的大幅晃动产生的动水压力对渡槽槽身应力有显著的影响,在渡槽抗震设计中应给予足够重视。     

大跨双槽渡槽横向地震响应分析

针对大型渡槽槽身采用薄壁结构的特点,提出大型双槽截面渡槽横向地震响应分析模型。渡槽槽身采用薄壁梁段单元模型,该单元可以考虑渡槽槽身弯曲、自由扭转、约束扭转以及弯曲扭转耦合振动等结构自身特性;渡槽支架采用普通梁单元模拟,渡槽与支架连接所用的盆式橡胶支座,可用集中弹簧模拟。文中采用4种典型地震动计算了双洎河大型渡槽的横向地震响应,给出了该大型渡槽关键部位的地震响应最大值,所得结果可为该大型渡槽抗震设计提供参考。     

大型渡槽考虑土-结构相互作用的动力分析

根据某大型渡槽采用桩基础的结构特点,采用集中弹簧模型考虑土－结构相互作用;渡槽槽身采用薄壁梁段单元进行离散,考虑了渡槽槽身开口薄壁结构的横向变扭耦合振动、约束扭转变表等结构自身特性;渡槽支架采用空间梁单元进行模拟。文章建立了大型渡槽的动力方程,对比计算了考虑土－结构相互作用与不考虑土－结构相互作用渡槽模态和地震响应的差异,计算结果表明：考虑土－结构相互作用后,虽然对大型渡槽的模态和地震应应有所影响     

大型双槽渡槽地震反应分析

为了得到比较精确的大型双槽渡槽结构的地震反应，根据渡槽结构复杂、影响动力因素较多等特点，采用8结点空间块体单元对渡槽槽身和槽墩进行有限元离散，分别用耦合自由度和多个弹簧单元分别模拟渡槽槽身横向拉杆、加劲肋和盆式橡胶支座，建立了大型双槽渡槽结构地层反应分析的有限元模型，计算了南水北调水利工程中的双洎河大型双槽渡槽的振动特性，并分别用反应谱法和时程分析法对该渡槽进行了地震反应分析，计算结果可为该渡槽的抗震设计提供参考。     

地震下方形大断面渡槽水体晃动效应对比分析

随着我国经济的发展,大型渡槽的建设向西部高烈度山区快速推进,渡槽面临着严峻的地震风险。正确模拟渡槽中水体晃动性能,是渡槽抗震性能分析的关键技术难点。依托滇中引水工程中的松林渡槽,本文建立了大断面渡槽结构的精细化有限元模型,通过欧拉-拉格朗日耦合(coupled Eulerian-Lagrangian,简称“CEL”)分析建立了渡槽水体晃动的流固耦合分析模型,同时建立了经典的等效弹簧-质量模型(简称“SM模型”)作为对比,量化两种水体建模方法产生的结果差异。通过对松林渡槽中典型简支跨进行非线性动力时程分析,对比了两种建模方式下,槽身和墩柱混凝土损伤的发展情况,摩擦摆支座的竖向反力,并呈现了CEL分析得到的水体波动情况,阐释了两种分析方法的主要误差来源。在渡槽地震响应分析的基础上,论文建立了槽身的节段模型,研究了CEL方法和等效SM模型在不同槽身加速度和竖向分量下的动力分析结果异同,并提出了等效SM模型的适用范围。     

槽墩高度对渡槽结构水平地震响应的影响

为了研究槽墩高度对矩形渡槽结构系统的动力特性及水平地震动力响应的影响,本文采用Housner流-固耦合模型,提出了一种用于土-桩-渡槽-水体系统的有限元分析方法.以渡槽结构原理性拟动力试验结果为依据,对拟动力试验进行了有限元仿真计算,验证了本文所给出的计算模型的合理性.在此基础上,重点对不同槽墩高度的矩形渡槽结构系统进行了计算研究,结果表明:渡槽结构的基频随槽墩高变化显著,而其高阶模态频率则变化不大.在E1 Centro波及TAR波输入时,随着槽墩高的增大,渡槽结构关键部位的最大动应力等响应存在递减趋势;尤其在E1 Centro波输入时,递减趋势更为显著.人工波输入时,结构动力响应状况存在一定波动,但从总体而言志,矮墩渡槽的动力响应大于高墩渡槽的动力响应.     

考虑流固耦合的渡槽结构三维碰撞反应研究

渡槽结构在强烈地震作用下邻梁间发生的碰撞现象易对其输水安全造成重大影响。采用薄壁梁段单元和三维接触-摩擦单元借助FORTRAN程序建立了考虑流固耦合的渡槽结构整体三维碰撞分析模型,并通过工程实例进行了多工况下的地震碰撞反应分析。结果表明,随着槽内水深的增大,渡槽结构的地震反应普遍增大,邻梁碰撞次数、碰撞力和相对转角也随之增大;槽内水体固结和考虑流固耦合的碰撞反应峰值相差不大,但时程曲线差异较大,某些部位水体固结的解会小于流固耦合解,使固结简化的处理偏于不安全。研究结果可供大型渡槽结构抗震设计参考。     

基于三维接触-摩擦理论的渡槽结构地震碰撞反应分析

地震作用下渡槽梁体间的碰撞反应易对其抗震安全性产生重大影响.本文基于接触-摩擦理论,通过编制FORTRAN程序,建立了渡槽结构的三维动力分析模型,研究其在地震作用下的碰撞反应.结果表明,纵向地震输入是渡槽碰撞反应的控制工况;伸缩缝宽度增大,碰撞次数减少,但碰撞力峰值增大;渡槽的碰撞反应具有明显的地震动频谱敏感性,且随着槽内水深的增加而增大;碰撞会使梁端加速度反应明显增大,而使速度和位移反应趋于减弱;摩擦对渡槽纵向地震反应影响较弱,但对梁端横向位移反应和邻梁相对转角影响较大.     

高烈度地区大型多跨渡槽间横向错动位移研究

地震动作用下,高烈度地区大型多跨渡槽槽间的相对错动直接关系到渡槽止水的安全,更有可能引起渡槽的倾覆性失稳。针对我国西南地区某一8跨渡槽,考虑了槽内水体与渡槽的动力相互作用,采用了可调节阻尼的等效双线性恢复力模型模拟了高阻尼支座的力学性能,建立了大型渡槽槽体-水体-支座-槽墩-地基的三维有限元整体模型,同时以拟合的3套符合场地特性的人工地震波和实测天津波作为输入,进行了大型渡槽结构的动力学分析,定量的给出了多跨渡槽槽间相对错动位移的大小并对其产生的机理进行了阐释,提出了槽间止水设计要点,以期促进待建和已建渡槽工程的实施与安全运营。     

Transverse seismic response of beam aqueduct considering fluid-structure coupling

Based on the theory of Housner, the transverse seismic response of beam aqueduct considering fluid-structure cou-pling is established. With the variation of aqueduct cross-section ratio of depth to width, the aqueduct transverse seismic response change. The transverse seismic response of a large-scale aqueduct in several work condition are calculated. It shows that the transverse seismic response is greatly influenced by the water mass in the aqueduct, but the shaking water play a TLD role. If the whole water is appended aqueduct body, it will magnify seismic iner-tia action. When aqueduct cross-section is selected, the influence of ratio of depth and width to pier seismic re-sponse should be considered in order to reduce seismic action.     

大型双槽渡槽结构振动特性分析

根据大型双槽渡槽的结构特点，应用薄壁梁段有限元法，考虑了渡槽横向弯扭耦合振动、约束扭转变形和盆式橡胶支座等对渡槽结构动力作用的影响；对实际工程中某大型渡槽进行了振动特性分析，研究了该渡槽设计水位变化对大型渡槽模态的影响，探讨了该大型渡槽在几种工况下的模态变化范围，所得结果可为该大型渡槽的抗震设计提供依据。     

A note on the dynamic response of rigid embedded foundations

The problem of the dynamic response of rigid embedded foundations subjected to the action of external forces and seismic excitation is analysed. It is shown that to calculate the response of rigid embedded foundations, or the response of flat rigid foundations subjected to non-vertically incident seismic waves, it is necessary to obtain not only the impedance matrix for the foundation, but also the forces induced by the incident seismic waves. Under these general conditions, rocking and torsional motion of the foundation is generated in addition to translation. The case of a two-dimensional rigid foundation of semi-elliptical cross-section is used as an example to illustrate the effects of the embedment depth and angle of incidence of the seismic waves on the response of the foundation.     

大型渡槽结构模态分析

大型渡槽在南水北调水利工程中起着重要作用。本文根据大型渡槽的结构特点,考虑渡槽横向弯扭耦合振动、约束扭转变形、渡槽支架变形和盆式橡胶支座等胶地支座等对渡槽动力作用的影响,应用梁段有限元方法,对某大型渡槽的模态进行分析,研究了该渡槽设计水位、渡槽支架高度、渡槽支架截面尺寸、渡槽盆式橡胶支座刚度变化等对大型渡槽模态的影响,探讨了该大型渡槽的上述４种工况下的模态变化范围,所得结果可为大型渡槽的抗震设计提     

高烈度区深水斜拉桥动水效应及抗震体系研究

位于高烈度区的深水斜拉桥在地震下不仅会受到强震的作用,还会受到附近水体的作用,结构抗震要求高,选择合理的抗震体系非常重要.以云南格巧高速双河特大桥为工程实例,分析动水作用对斜拉桥地震响应的影响及其与地震强度的关系,在此基础上对斜拉桥的纵、横向抗震体系展开研究并给出合理建议.结果表明,动水作用会增大索塔塔底内力和结构整体位移响应,且对剪力的影响最大;动水对结构各响应的放大作用随地震强度增加呈现出增减不一的变化趋势,抗震设计时应分别考虑各级地震下的动水效应;索塔、辅助墩和桥台处均设置黏滞阻尼器等阻尼约束的纵向协同抗震体系能够最有效减小墩、塔底纵向内力及结构纵向位移,建议作为斜拉桥纵向抗震体系; 斜拉桥横向推荐采用索塔处设置固定约束、墩台处设置钢阻尼器等弹塑性约束的组合约束体系,该体系能同时降低墩、塔底横向内力,并有效控制结构整体横向位移响应.     

钢筋混凝土渡槽结构地震反应数值分析

首先介绍了钢筋混凝土渡槽结构在地震荷载作用下的分析理论,根据这些理论建立了渡槽结构的动力有限元分析模型,分别采用干模态法、附加质量法和ALE法考虑渡槽结构液固耦合作用,通过具体的工程算例,对钢筋混凝土渡槽结构进行了不同工况下的数值模拟研究,包括混凝土非线性材料分析、渡槽结构静水与动水响应分析、渡槽结构自振特性分析和槽墩的能力曲线分析。研究表明,考虑固液耦合作用的渡槽实体有限元模型能较好地模拟渡槽结构地震反应,并得到相应的渡槽结构地震反应规律。     

Equivalent mechanical models of sloshing fluid in arbitrary‐section aqueducts

This paper reports on a semi‐analytical/numerical method to model sloshing water in an arbitrarily shaped aqueduct. The water motion is assumed to be inviscid, compressible, and linear (small displacement). The transverse sloshing fluid in an aqueduct is equivalently simplified as a fixed rigid mass M₀ and a mass–spring system (M₁, K₁). According to a rule that the actual fluid (computed with finite element model) and its equivalent mechanical model have the same first sloshing frequency and acting effects on the aqueduct, the analytical solutions of the fixed (impulsive) mass M₀, sloshing (convective) massM₁, spring stiffness K₁, and their locations in the aqueduct body are acquired by the least squares (curve fitting) algorithm. Applying this equivalent principle, the equivalent mechanical models are respectively obtained for the sloshing water in rectangular, semicircular, U‐shaped, and trapezoid aqueducts. The equivalent principle and fluid models are validated through comparison investigations involving rectangular and U‐shaped aqueducts. The dynamic properties and seismic responses of the original and equivalent systems are simulated, compared, and discussed for a U‐shaped aqueduct bridge. The main purpose of this paper is to provide a simplified model of sloshing fluid for the seismic/wind‐resistant computation of the support structures of the aqueduct bridge. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Evaluation of vertical seismic response for a large‐scale beam‐supported aqueduct

By the theories of potential flow and structural vibration, the formulae for evaluating the ‘wet’ (with water) frequencies and mode shapes of the beam‐supported aqueduct are derived through a simplified fluid‐structure interaction analysis. The time‐history formulae of structural responses to the vertical seismic excitation are obtained. Applying the response‐spectrum principle, the equivalent vertical earthquake load exerted on the beam and the corresponding effects are also derived. Several illustrative examples are conducted. The analytical results show that: (i) The ‘wet’ frequencies of the structure are lower than the corresponding ‘dry’ (without water) frequencies due to the participating water mass, but the ‘wet’ mode shapes are identical to the corresponding ‘dry’ ones. (ii) The water mass plays an important role in the vertical seismic response, which varies with the different geological sites. For the different seismic inputs, the deeper the water is, the greater are the structural responses. (iii) The vertical seismic effects on the beam are generally not too small to be neglected and should be considered in the structural designs of a beam‐supported aqueduct. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.