塔側混凝土回填高度對長攔污柵墩進水塔的動力影響分析
發(fā)布時間：2021-11-06 11:31
為了研究側面混凝土回填高度對長攔污柵墩進水塔結構動力響應的影響規(guī)律,提高攔污柵框架結構的抗震性能,針對高聳進水塔結構建立不同塔側回填高度的三維有限元模型進行動力計算,系統(tǒng)分析了側面混凝土回填高度對進水塔自振特性、位移和應力的影響規(guī)律。結果表明:過高的塔側回填會導致攔污柵墩部分連系梁的壓應力超出混凝土抗壓強度而發(fā)生斷裂;無塔側回填則會造成塔體橫河向位移較大,同時連系梁的拉應力均比較大;合理的塔側回填高度能夠有效降低長攔污柵框架結構的應力,限制進水塔橫河向位移,并且提高結構整體抗震性能。提出了長攔污柵墩進水塔側面回填高度的合理范圍,可供類似工程借鑒。
【文章來源】：水資源與水工程學報. 2020,31(05)CSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
進水塔平面布置圖(單位:m)
采用三維有限元軟件建模。以順河向作為X軸，向下游為正;豎直向為Y軸，向上為正;橫河向為Z軸，向塔右岸為正。使用SOLID45單元模擬塔體、地基及邊坡，處理前創(chuàng)建不同的材料模型并修改各單元的材料屬性，假定材料均為線彈性、連續(xù)無孔隙且均勻各向同性的，地基沿塔體深度方向、水平方向各延伸100 m建模，依據(jù)工程實際地形和地質(zhì)條件模擬，整體計算模型如圖3所示。有限元建模時，塔體、地基及邊坡之間的接觸面共節(jié)點連接，無質(zhì)量地基的下游側和左、右側約束法向位移，底部約束3向位移。根據(jù)工程經(jīng)驗及建模驗算可知，當塔背及塔側回填超過設計回填高度時，將對塔體重要結構的應力產(chǎn)生負影響，還會增加不必要的工程投資。本文針對塔側回填高度進行敏感性分析，控制塔背回填高度不變，塔右側回填高度每下降10.0 m為1個研究方案，具體計算方案見表2。計算工況包括正常蓄水位工況(工況1)和地震工況(工況2)。進水塔靜力計算考慮自重、靜水壓力、揚壓力、浪壓力和活荷載。動力計算時，采用附加質(zhì)量法通過有限元軟件中的MASS21單元模擬動水壓力[17-18]。依據(jù)規(guī)范[18]方法計算進水塔的動力響應，選用標準設計反應譜曲線，放大系數(shù)為2.25，地震峰值加速度為0.372 g，豎向峰值加速度為水平向的2/3。同時考慮水平向和豎向地震作用效應，取其平方總和的方根值乘以±0.35，再分別與靜力計算的結果相加得到正負疊加的總地震效應。
由表4可知，在正常蓄水位工況下(工況1)，改變塔側回填高度對進水塔位移峰值的影響較小。塔體順河向與橫河向位移隨著塔側回填的降低而增大，最大增幅分別為17.6%和27.8%，位移峰值所在部位分別為塔體頂部的左側及前側，且不隨塔側回填高度發(fā)生改變。塔側回填高度對塔體豎向位移的影響較小，最大增幅不超過5.0%。整個塔體在自重作用下有向左前傾的趨勢。在地震工況下(工況2)，由于塔右側受到動水壓力的作用且塔體橫河向剛度較小，所以進水塔的橫河向位移峰值較大。由表4和圖4可知，當塔側回填混凝土從設計高度逐漸降低至無回填情況時，塔體豎直向位移沒有明顯變化，順河向與橫河向的位移均逐漸增大，最大增幅分別為20.0%和50.6%，位移峰值分別出現(xiàn)在塔體頂部的左側及前側位置。隨著側面回填高度的降低，塔右側基巖對塔體的約束減小，同時由于塔側的動水壓力增大，導致塔體橫河向位移出現(xiàn)了較大幅度的增加。由此可見，較高的塔側回填能夠提高進水塔結構的整體剛度，有效限制塔體橫河向的位移。3.3 塔體應力影響分析
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高聳進水塔攔污柵墩連系梁結構體系的抗震分析[J]. 李子民,李守義,田超,王博,趙洋,楊勇. 水資源與水工程學報. 2019(01)
[2]高聳進水塔結構塔背回填高度抗震研究[J]. 張岳,李守義,夏可,郭金君,何冠潔,李萌. 水利水電技術. 2018(11)
[3]地震動設計反應譜特性對進水塔增量動力分析結果的影響研究[J]. 張漢云,張燎軍,李琳湘. 水利水電技術. 2017(09)
[4]進水塔塔背回填抗震設計優(yōu)化研究與動態(tài)響應[J]. 曹偉,劉云賀,黨康寧,鄭曉東,陶磊. 南水北調(diào)與水利科技. 2017(03)
[5]河床式水電站廠房結構流固耦合振動特性研究[J]. 李守義,呂汶蔚. 水資源與水工程學報. 2015(03)
[6]水電站多層進水口水力特性數(shù)值模擬研究[J]. 高學平,彭嫻,韓云鵬. 水力發(fā)電學報. 2015(03)
[7]塔背回填混凝土對進水塔地震響應的影響分析[J]. 李鋒. 西北水電. 2015(01)
[8]向家壩導流底孔回填混凝土溫度動態(tài)預測[J]. 周建兵,黃耀英,何小鵬,田開平. 長江科學院院報. 2015(02)
[9]岸塔式電站進水口塔背回填高度研究[J]. 唐碧華. 水電站設計. 2014(02)
[10]塔背回填對混凝土進水塔結構靜動力響應影響分析[J]. 徐東芝,駱勇軍,祁瀟,魏珍中. 水電能源科學. 2014(04)
碩士論文
[1]水電站進水塔的抗震特性與穩(wěn)定性研究[D]. 孫文杰.大連理工大學 2013
本文編號：3479757
【文章來源】：水資源與水工程學報. 2020,31(05)CSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
進水塔平面布置圖(單位:m)
采用三維有限元軟件建模。以順河向作為X軸，向下游為正;豎直向為Y軸，向上為正;橫河向為Z軸，向塔右岸為正。使用SOLID45單元模擬塔體、地基及邊坡，處理前創(chuàng)建不同的材料模型并修改各單元的材料屬性，假定材料均為線彈性、連續(xù)無孔隙且均勻各向同性的，地基沿塔體深度方向、水平方向各延伸100 m建模，依據(jù)工程實際地形和地質(zhì)條件模擬，整體計算模型如圖3所示。有限元建模時，塔體、地基及邊坡之間的接觸面共節(jié)點連接，無質(zhì)量地基的下游側和左、右側約束法向位移，底部約束3向位移。根據(jù)工程經(jīng)驗及建模驗算可知，當塔背及塔側回填超過設計回填高度時，將對塔體重要結構的應力產(chǎn)生負影響，還會增加不必要的工程投資。本文針對塔側回填高度進行敏感性分析，控制塔背回填高度不變，塔右側回填高度每下降10.0 m為1個研究方案，具體計算方案見表2。計算工況包括正常蓄水位工況(工況1)和地震工況(工況2)。進水塔靜力計算考慮自重、靜水壓力、揚壓力、浪壓力和活荷載。動力計算時，采用附加質(zhì)量法通過有限元軟件中的MASS21單元模擬動水壓力[17-18]。依據(jù)規(guī)范[18]方法計算進水塔的動力響應，選用標準設計反應譜曲線，放大系數(shù)為2.25，地震峰值加速度為0.372 g，豎向峰值加速度為水平向的2/3。同時考慮水平向和豎向地震作用效應，取其平方總和的方根值乘以±0.35，再分別與靜力計算的結果相加得到正負疊加的總地震效應。
由表4可知，在正常蓄水位工況下(工況1)，改變塔側回填高度對進水塔位移峰值的影響較小。塔體順河向與橫河向位移隨著塔側回填的降低而增大，最大增幅分別為17.6%和27.8%，位移峰值所在部位分別為塔體頂部的左側及前側，且不隨塔側回填高度發(fā)生改變。塔側回填高度對塔體豎向位移的影響較小，最大增幅不超過5.0%。整個塔體在自重作用下有向左前傾的趨勢。在地震工況下(工況2)，由于塔右側受到動水壓力的作用且塔體橫河向剛度較小，所以進水塔的橫河向位移峰值較大。由表4和圖4可知，當塔側回填混凝土從設計高度逐漸降低至無回填情況時，塔體豎直向位移沒有明顯變化，順河向與橫河向的位移均逐漸增大，最大增幅分別為20.0%和50.6%，位移峰值分別出現(xiàn)在塔體頂部的左側及前側位置。隨著側面回填高度的降低，塔右側基巖對塔體的約束減小，同時由于塔側的動水壓力增大，導致塔體橫河向位移出現(xiàn)了較大幅度的增加。由此可見，較高的塔側回填能夠提高進水塔結構的整體剛度，有效限制塔體橫河向的位移。3.3 塔體應力影響分析
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高聳進水塔攔污柵墩連系梁結構體系的抗震分析[J]. 李子民,李守義,田超,王博,趙洋,楊勇. 水資源與水工程學報. 2019(01)
[2]高聳進水塔結構塔背回填高度抗震研究[J]. 張岳,李守義,夏可,郭金君,何冠潔,李萌. 水利水電技術. 2018(11)
[3]地震動設計反應譜特性對進水塔增量動力分析結果的影響研究[J]. 張漢云,張燎軍,李琳湘. 水利水電技術. 2017(09)
[4]進水塔塔背回填抗震設計優(yōu)化研究與動態(tài)響應[J]. 曹偉,劉云賀,黨康寧,鄭曉東,陶磊. 南水北調(diào)與水利科技. 2017(03)
[5]河床式水電站廠房結構流固耦合振動特性研究[J]. 李守義,呂汶蔚. 水資源與水工程學報. 2015(03)
[6]水電站多層進水口水力特性數(shù)值模擬研究[J]. 高學平,彭嫻,韓云鵬. 水力發(fā)電學報. 2015(03)
[7]塔背回填混凝土對進水塔地震響應的影響分析[J]. 李鋒. 西北水電. 2015(01)
[8]向家壩導流底孔回填混凝土溫度動態(tài)預測[J]. 周建兵,黃耀英,何小鵬,田開平. 長江科學院院報. 2015(02)
[9]岸塔式電站進水口塔背回填高度研究[J]. 唐碧華. 水電站設計. 2014(02)
[10]塔背回填對混凝土進水塔結構靜動力響應影響分析[J]. 徐東芝,駱勇軍,祁瀟,魏珍中. 水電能源科學. 2014(04)
碩士論文
[1]水電站進水塔的抗震特性與穩(wěn)定性研究[D]. 孫文杰.大連理工大學 2013
本文編號：3479757
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