考虑流固强耦合效应的深水桥墩地震反应分析

基于任意拉格朗日-欧拉（Aribitrary Lagrange-Euler,ALE）描述的Navier-Stokes方程,建立了考虑流固强耦合效应（Fluid-structure interaction,FSI）的深水桥墩地震反应分析整体有限元模型,分析了流固强耦合效应对桥墩墩身相对位移、剪力和弯矩反应的影响,讨论了不同水位下的流固耦合效应及其影响。算例结果表明：流固强耦合效应将使墩身位移和内力反应明显增大,增大幅度与输入地震波的频谱特性存在相关性;输入地震波的位移峰值越大,流固耦合效应对位移反应的影响越大,对内力反应的影响越小;水位对深水桥墩内力反应的影响较对位移的影响显著。     

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。     

考虑流固耦合的水中结构物地震反应方法

基于运动控制体的雷诺输运定理,采用任意拉格朗日-欧拉描述推导控制流体运动的Navier-Stokes方程;提出考虑流固耦合效应的水中结构物地震反应计算方法,并以水中垂直板的地震反应为例,阐明流固耦合体系的求解方法.分析地震动频率和水深对场地土-结构-流水构成的流固耦合系统动力反应的影响,结果表明:采用不可压缩流算法的Navier-Stokes方程能够合理模拟流场的位形变化,并保证流固耦合计算的收敛;考虑流固耦合作用使得结构地震反应幅值明显增大,并使频谱特性发生改变;水深对流固耦合效应的影响较大,并具有明显的非线性特征.     

墩-水耦合计算模式及深水桥墩动力响应研究

为了研究地震作用下动水压力对深水桥墩的影响,以声波动理论为基础,通过对流体域边界条件的简化和流体域范围的探讨,建立了一种改进的墩-水耦合有限元模型,并提出了常用深水桥墩的理想流体域范围图。分别讨论了深水桥墩在简谐荷载、地震荷载作用下的动力响应,结果表明:动水压力增大了桥墩的动力响应,增幅在20%到50%之间,不可忽视;当桥墩基频越接近简谐荷载激励频率或地震波主频有效带宽区间时,动水压力的影响越大。     

考虑流固耦合的桥墩地震反应方法

跨海桥梁地震反应中,作用于桥墩上的动水压力具有明显的流固耦合特征。依据张量理论,推导时变区域散度变换关系及微分形式的几何守恒律;基于任意拉格朗日一欧拉描述,从采用欧拉描述的流体运动Navier—Stokes方程出发,推导时变区域的流体运动控制方程;给出流固耦合问题中的结构计算模型、耦合面接触条件、耦合场计算方法以及流场网格运动控制方法。以某跨海大桥为例说明桥墩地震反应方法,重点突出地震动输入、流场初始条件模拟等问题。计算结果表明：流固耦合理论能够模拟桥梁墩台地震反应中的流场和结构特性;流场初始条件的正确模拟可保证计算稳定性,并减少运算量;横向地震动激励下,桥墩基底剪力较大,纵向地震动激励下,结构运动剧烈;流固耦合系统中的线弹性结构在地震反应中具有明显的非线性特征。     

覆水场地地震反应分析

随着各种海洋结构物的兴建,覆水场地的地震反应逐渐成为研究热点。基于任意拉格朗日-欧拉描述,推导时变区域上的流体运动方程,给出流场、结构的接触条件和流场网格运动控制方法。对于平坦覆水场地,水平向地震动作用下,根据Couette流理论证明该类场地流体作用可以忽略;竖向地震动激励下,横向均匀场地可以通过动水压力公式准确考虑流体作用,横向非均匀场地则需要通过流固耦合方法考虑流体作用,以海底隧道为例加以说明。对于起伏场地,天然起伏场地在地震动激励下的动力反应具有明显的流固耦合特征,以三角形起伏场地为算例;结构物的兴建造成的人工起伏场地同样需要考虑流固耦合效应,以某沉管隧道在水平向地震动激励下的动力反应为算例,并根据结果初步提出该类结构物流固耦合分析的简化计算方法。     

近断层地震作用下设备-结构耦合隔震体系动力响应分析

建立设备-结构耦合隔震体系模型,选取近断层脉冲型和非脉冲型地震波各50条,计算耦合隔震体系的动力响应。分析表明,近断层脉冲型地震动对耦合隔震体系的影响大于非脉冲型地震动,且对主体结构的影响大于对设备的影响;近断层脉冲型地震作用下的隔震层位移、层间位移、楼层加速度、设备加速度和设备位移的平均响应分别达到非脉冲型地震作用的2.25倍、2.17倍、2.24倍、1.17倍和1.20倍。进行设备-结构耦合隔震体系设计时,需考虑近断层地震动脉冲作用的影响,同时需注意引起主体结构和设备最大响应的地震动不一定相同。     

大型三维矩形、U形渡槽地震响应对比分析

本文应用任意拉格朗日-欧拉(ALE)有限元方法对比分析大型三维排架支撑矩形、U形渡槽结构地震响应,以获得渡槽中动水压力资料。研究表明,渡槽中水体的晃动幅度十分显著,水体的大幅晃动显著地改变两种截面形式渡槽中水压力、槽体应力值及U形渡槽动水压力和应力分布,对矩形渡槽动水压力和应力分布规律影响不大。动应力分布的改变直接影响到大型预应力U形截面渡槽结构中预应力钢筋的有效性。在渡槽的抗震设计中,应充分考虑U形截面渡槽动水压力和动应力分布变化问题,动水压力应该作为一项主要的外荷载予以考虑。     

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。     

地震荷载下考虑管内有压流体的PCCP耦合动力分析

PCCP（预应力钢筒混凝土管）因其优良性能被广泛应用于我国水利水电及市政给排水等生命线工程的建设中。现有研究多为静力分析,少有学者对PCCP管内流体的动力相互作用开展研究。本文利用ABAQUS对PCCP结构及其管内流体在地震荷载下的双向流固耦合作用进行分析,开展了考虑流固耦合与未耦合条件下管道各个结构层的动力响应。进一步计算了考虑内水压力、地震荷载大小和管内水流速度等条件变化对管道受力变形特性的影响。结果表明:流固耦合模型能更加真实地还原和模拟在役PCCP的工作状态;内水压力显著影响管道的受力状态,PCCP结构随着输水压力的增大逐步由受压状态向受拉过渡,且受拉区域和拉应力峰值逐渐增大;管内水流速对应力场影响很微弱。     

Dynamic response analysis of tube array in partially filled calandria

An efficient procedure is presented for dynamic response analysis of horizontal tube array in partially filled calandria including hydrodynamic interaction effects. The procedure is general enough to consider the transfer of energy between the fluid-coupled tubes, and effects of moderator sloshing on the magnitude and the distribution of hydrodynamic forces. It has been demonstrated that the conventional added mass approach fails to represent behaviour of the tube array correctly, and it is therefore necessary to consider the flexibility of all the tubes along two directions simultaneously. The procedure presented can simulate the added damping effects due to hydrodynamic interaction. The possible use of a tuned damper tube is suggested for controlling sloshing effects for tube array in a calandria where tube frequencies and sloshing frequencies are closely spaced. The presence of surface damping in the tuned tube further brings down the response, and the suggested procedure can be effectively used to control unwarranted sloshing effects. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑边坡地形效应的地震动力响应分析

地震滑坡往往会造成巨大的人员伤亡和财产损失,而边坡在地震作用下的响应规律是研究地震边坡稳定性的首要问题.本研究利用FLAC3D有限差分软件建立多个边坡模型,进行边坡地形效应的地震动力响应分析,考虑的地形主要包括坡高、坡角、坡面形状等三方面的因素.将选取的地震波作用于不同模型,分析坡面加速度、速度放大比及坡顶坡脚傅里叶谱...     

基于流固耦合动力模型的饱和土体-隧道体系地震反应研究

基于ABAQUS软件平台,应用自行开发的流固耦合动力模型孔压单元模拟场地土体,并通过黏弹性人工边界方法实现地震动的输入,对饱和土体场地中的双孔隧道结构在地震荷载作用下的动力反应进行研究。计算结果表明:在地震反应结束时刻,场地土体位移幅值在两隧道之间以及两隧道的附近区域较大,而远离隧道的区域则较小;场地底部区域土体的孔压幅值较大,而场地顶部区域土体则较小;隧道左右两侧拱腰部位的衬砌的应力较大,而拱顶部位则较小。计算结果同时表明了流固耦合动力模型孔压单元在饱和土体-隧道体系地震反应研究中的适用性。     

土-大型地铁地下车站结构动力接触效应研究

以苏州地铁一号线的星海站为工程背景,考虑土与地铁车站结构非线性动力相互作用效应,分析了土与地下结构接触面的动力分离与滑移效应、土与地下结构接触面上动土压力和动摩擦力的分布规律与反应幅值,以及动力接触效应对地铁车站结构动力反应的影响规律。研究结果表明：强地震发生时,在地铁地下车站结构侧墙顶端,出现了土与结构接触分离现象,在车站结构顶底板处,土与结构产生了相对滑移现象;考虑动力接触效应时,地下结构总体动力反应是变小的。给出了车站结构侧墙上动土压力分布规律及其动土压力系数,以及车站结构顶底板上的动土压力分布规律及其反应幅值。研究结果对进一步了解土与地下结构的动力接触效应及其对地下结构动力反应的影响,具有一定的参考价值和指导意义。     

福建省数字化水位动态特征研究

以数字化水位观测资料为依据,对福建地区数字化水位的正常与异常动态变化进行系统地分析研究,有利于异常的正确识别,提高地震预报水平,为福建省地下流体观测台网的评价与改进提供依据。     

地震-台风耦合作用下近海导管架平台动力响应分析

针对地震-台风耦合作用下的近海导管架海洋平台,运用Morison方程将台风对导管架平台的拖曳力及波浪对导管架平台的拖曳力和惯性力施加在结构上,并在基底施加地震动,建立地震-台风耦合作用下的运动方程。通过模态分析,确定结构的基本自振频率,进而选取卓越频率与该频率较为接近的海底地震动进行输入。对通过数值模型计算得到的导管架平台动力响应,参考相关文献中的限值,对耦合作用下的平台进行安全评估,给出了近海导管架海洋平台在地震-台风耦合作用下的损伤状态评定标准。本文关于导管架平台动力响应的统计结果,对导管架结构性态设计具有一定参考意义。     

考虑动态临界加速度的地震边坡永久位移预测模型研究

在区域边坡地震危险性评价中主要采用永久位移预测模型进行地震边坡永久位移计算.永久位移预测模型以Newmark滑块理论为基础,通过大量实测地震时程记录统计拟合得出.针对Newmark理论中滑动面抗剪强度参数保持不变和已有位移预测模型的计算位移小于实测位移的问题,利用动态临界加速度理论,分别构建含有峰值加速度和阿里亚斯强度...     

考虑流固耦合作用的深水桥墩地震响应分析

地震作用下,深水桥墩与周围水体的耦合振动是一个非常复杂的动力相互作用问题。本文基于非线性Morison方程,采用Airy波浪理论,建立了深水桥墩考虑流固耦合作用的有限元模型,应用Newmark—β法提出了求解该耦合非线性方程的算法,并用ANSYS软件和Matlab软件自编了求解程序。以某跨海大桥深水桥墩为算例,对其进行在地震作用下的非线性动力分析,并与已有计算方法进行对比。结果表明：按本文方法计算的墩顶最大位移、墩底最大剪力及墩底最大弯矩均较大,差异最大达到12．5％。因此在极端海况条件下,对深水桥墩进行地震作用下的动力分析时,建议采用本文考虑流固耦合的方法。     

深厚覆盖层上心墙堆石坝强震动力响应分析

土石坝由于施工便捷、取材方便,是目前我国西部比较常见的一种坝型。但西部地区地震活动频繁且烈度较高,特别是一些土石坝坝基下存在深厚覆盖层,对土石坝的地震动力响应有重要影响。采用黏弹性模型-等效线性化方法对国内某拟建土石坝进行三维动力响应分析。考虑到实际土石坝坝体是不完全排水的,将根据经验公式得到的残余体变分成两部分,一部分转化为残余孔压,另一部分为产生的残余变形。根据有限元计算结果,分析在坝基深厚覆盖层影响下坝体残余变形、加速度响应、残余孔压等动力反应的特征和分布规律。计算结果符合一般规律,说明本文采用的计算方法适用于含深厚覆盖层心墙堆石坝的静动力分析。