考虑流-固耦合梁式矩形渡槽横向地震响应研究

根据豪斯纳尔（Housner）理论, 建立了考虑槽内水体与渡槽槽身流-固耦合的横向地震响应计算模型,分析了槽身断面深宽比变化对渡槽结构抗震的影响,并对某大型渡槽进行了多工况地震时程响应计算. 结果表明,在地震波作用下,渡槽槽内大质量水体对渡槽的横向地震响应有较大的影响, 但水体的晃荡作用有明显的TLD效应. 若将水体视为刚体, 质量全部附加到槽体上,将严重地夸大水的地震惯性力作用,且在渡槽槽身断面选择时应考虑深宽比对墩身地震响应的影响, 以减小地震力.      

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。     

闸涵结构的抗震分析与设计

分析了闸涵结构空间薄壁体系的构造特点，研究了箱型结构-水体耦合的求解方程，导出了可用于箱型结构、闸室、渡槽壁面、坝面的动水压力附加质量的统一算式，介绍了地震反应的求解方法。以淮安立交地涵为例，考虑了结构、水体、地基的相互作用，计算了结构的自振特性，分析了7度地震作用时的动力反应，研究方法和研究成果可供闸涵结构的抗震分析和设计参考。     

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.     

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.     

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。     

考虑SSI效应的矩形渡槽动力响应分析

本文研究水平地震下土体与矩形渡槽结构动力相互作用(soil-structure interaction简称SSI)的动力特性。求解流体速度势得到渡槽内流体的动力特性并等效成质量-弹簧模型,基于复多项分式最小二乘法拟合条形浅基础的振动阻抗,并将其等效为离散化的集总参数物理模型。利用子结构法建立土-渡槽-流体的系统运动控制方程,采用Newmark-β法数值求解得到流体的动力响应特性。与有限元软件Adina的计算结果和试验数据的对比验证了本文方法的正确性。研究了地基剪切波速、渡槽尺寸、槽内水量等因素对整个耦合系统的动力性能影响,结果表明考虑SSI效应的渡槽动力性能与刚性地基假定相比有明显差异。     

地震作用下大型渡槽结构纵向碰撞非线性分析

本文依据建立的渡槽薄壁结构动力分析模型,利用非线性接触单元Kelvin碰撞模型,开展了渡槽结构纵向碰撞非线性地震响应分析。选择适合不同场地条件和不同峰值调幅的地震动输入,计算分析了南水北调某渡槽结构纵向碰撞地震响应。分析计算结果说明,伸缩缝间距大小对跨间碰撞效应影响很大;同时结构碰撞响应对输入地震动具有较强的频谱敏感性;经比较渡槽结构考虑碰撞与不考虑碰撞效应的地震反应,结果显示两者存在明显差异,说明开展大型渡槽结构非线性碰撞地震响应分析是很有必要的。     

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。