發(fā)布時間：2017-10-15 22:22

  本文關(guān)鍵詞：大型倒虹吸水工結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析

  更多相關(guān)文章： 倒虹吸 相互作用 有限元 人工邊界 地震反應(yīng) 時程分析

【摘要】：我國的水資源十分豐富,但分配極不均勻,通過大型調(diào)水工程實現(xiàn)跨流域的水資源重新分配則顯得尤為重要。南水北調(diào)工程是目前在建的最大調(diào)水工程,它能有效緩解我國北方水資源嚴重短缺問題,而大型倒虹吸結(jié)構(gòu)作為一種立交水工建筑物廣泛應(yīng)用于該調(diào)水工程,且以渠道倒虹吸居多。倒虹吸結(jié)構(gòu)分布跨度大,致使其中很多結(jié)構(gòu)都處于高發(fā)地震區(qū)域,保證這些倒虹吸結(jié)構(gòu)在未來可能遭遇的地震中安全可靠地運行直接決定著南水北調(diào)工程的巨大經(jīng)濟社會效益。我國作為一個地震多發(fā)國家,加之很多渠道倒虹吸結(jié)構(gòu)身處地震高發(fā)區(qū)域,這些結(jié)構(gòu)極易遭遇近、遠場地震動作用。其中近場地震動伴隨有速度和位移脈沖,這種脈沖效應(yīng)能使結(jié)構(gòu)承受高能量的沖擊作用,引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的內(nèi)力、變形及位移;而遠場地震動具有豐富的長周期分量,這些長周期部分很可能與大型渠道倒虹吸結(jié)構(gòu)的管-土整體結(jié)構(gòu)體系自震周期相近或一致,由此形成結(jié)構(gòu)的共振或者類共振現(xiàn)象,從而嚴重破壞結(jié)構(gòu)。本文依托南水北調(diào)工程建設(shè)背景,選取工程中的大型渠道倒虹吸作為研究對象。根據(jù)土-結(jié)構(gòu)動力相互作用原理,并考慮到管道內(nèi)動水作用的影響,應(yīng)用大型有限元分析軟件ANSYS建立管-土-水體整體模型,由此并分析計算渠道倒虹吸結(jié)構(gòu)在近、遠場兩種不同頻譜特性地震動作用下的動力響應(yīng)。文中將渠道倒虹吸結(jié)構(gòu)拆分為成水平管身段和進口漸變段兩個部分進行建模研究,分別創(chuàng)建了水平管身段二維、三維模型以及進口漸變段三維模型進行動力響應(yīng)分析,計算研究結(jié)果主要表明:(1)管內(nèi)水體能有效地降低管-土結(jié)構(gòu)體系各階振型的幅值,且過水孔道越多,管-土體系自振幅值越小;(2)在本研究設(shè)定的近、遠地震動作用下,結(jié)構(gòu)在水平向均會產(chǎn)生了較大的絕對位移量,容易造成管道接口的錯動破壞;另外,在近場地震動中豎向地震分量也明顯引起結(jié)構(gòu)豎向產(chǎn)生較大絕對位移量,因而在近場地震動分析中,考慮豎向地震動十分必要。(3)在本研究設(shè)定的近、遠場地震動作用下,倒虹吸結(jié)構(gòu)各個模型動力計算的拉、壓應(yīng)力極值均未達到結(jié)構(gòu)的抗拉、抗壓強度水平,結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)拉、壓應(yīng)力破壞;但進口漸變段三維模型動力計算產(chǎn)生了1MPa以上的最大拉,該值與結(jié)構(gòu)2.05MPa抗拉強度水平數(shù)量級相當,會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生拉應(yīng)力損傷,比如拉裂縫。(4)在本研究設(shè)定的近、遠場地震作用下,動力分析中所作的位移、應(yīng)力時程曲線都存在突跳現(xiàn)象,尤其在遠場地震動作用下三維水平管身段模型的應(yīng)力曲線中突跳更為明顯。這種位移、應(yīng)力突跳現(xiàn)象與近場地震動的脈沖作用,遠場地震動引起結(jié)構(gòu)的短暫共振現(xiàn)象不無相關(guān)性,另外嚴重的驟升驟降突調(diào)現(xiàn)象對結(jié)構(gòu)破壞作用較大。(5)倒虹吸結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出明顯的動響應(yīng)滯后現(xiàn)象,例如絕對位移極值時刻,拉、壓應(yīng)力極值時刻都滯后于地震動的峰值加速度時刻,這應(yīng)該是緣于地基土的較小彈性模量,且土壤吸收了地震的部分能量。
【關(guān)鍵詞】：倒虹吸 相互作用 有限元 人工邊界 地震反應(yīng) 時程分析
【學位授予單位】：中國地震局蘭州地震研究所
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV312;TV672.5
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 引言11-20
• 1.1 選題背景及研究意義11-13
• 1.1.1 倒虹吸結(jié)構(gòu)的應(yīng)用11
• 1.1.2 南水北調(diào)中線地震地質(zhì)環(huán)境11-12
• 1.1.3 地下管道結(jié)構(gòu)震害情況12-13
• 1.2 倒虹吸結(jié)構(gòu)抗震研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 埋地管道的抗震研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 渠道倒虹吸結(jié)構(gòu)的抗震研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 地震波的選擇16-18
• 1.3.1 選擇近場地震波的選擇依據(jù)17-18
• 1.3.2 選擇遠場地震波的依據(jù)18
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點18-20
• 第二章 倒虹吸結(jié)構(gòu)有限元動力分析基本方法理論20-32
• 2.1 動力學分析的有限元方法20-23
• 2.1.1 動力平衡方程的建立20-21
• 2.1.2 動力平衡方程的求解21-23
• 2.2 土與結(jié)構(gòu)的本構(gòu)關(guān)系23-25
• 2.2.1 結(jié)構(gòu)的線彈性本構(gòu)關(guān)系23-24
• 2.2.2 土體本構(gòu)關(guān)系24-25
• 2.3 土-結(jié)構(gòu)-水三相整體動力分析25-27
• 2.3.1 土-地下結(jié)構(gòu)動力分析方法選擇25-26
• 2.3.2 土與結(jié)構(gòu)動力相互作用的實現(xiàn)26
• 2.3.3 水與結(jié)構(gòu)動力相互作用方法的選擇26-27
• 2.3.4 水與結(jié)構(gòu)動力相互作用的實現(xiàn)27
• 2.4 人工邊界條件27-29
• 2.4.1 粘彈性人工邊界理論27-28
• 2.4.2 粘彈性邊界的物理意義及其在ANSYS中的實現(xiàn)28-29
• 2.5 阻尼理論29-30
• 2.6 地震波的選擇方法30-31
• 2.7 本章小結(jié)31-32
• 第三章 倒虹吸水平管段二維結(jié)構(gòu)時程分析32-56
• 3.1 工程概況及二維有限元模型32-37
• 3.1.1 工程概況32-35
• 3.1.2 倒虹吸結(jié)構(gòu)荷載組合35
• 3.1.3 單元類型的選擇35-36
• 3.1.4 模型的基本假定36-37
• 3.1.5 有限元模型37
• 3.2 選取地震波37-40
• 3.2.1 地震波的選取及調(diào)整37-40
• 3.3 模態(tài)分析40-44
• 3.3.1 干模態(tài)分析40-41
• 3.3.2 濕模態(tài)分析41-43
• 3.3.3 干、濕模態(tài)分析對比43-44
• 3.4 近場地震作用下結(jié)構(gòu)時程分析44-51
• 3.4.1 倒虹吸結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)44-47
• 3.4.2 倒虹吸結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)47-51
• 3.5 遠場地震作用下結(jié)構(gòu)時程分析51-54
• 3.5.1 倒虹吸結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)51-52
• 3.5.2 倒虹吸結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)52-54
• 3.6 本章小結(jié)54-56
• 第四章 倒虹吸水平管段三維結(jié)構(gòu)時程分析56-76
• 4.1 三維有限元模型基本情況56-57
• 4.1.1 結(jié)構(gòu)荷載組合、模型尺寸及材料基本參數(shù)56
• 4.1.2 采用的單元及建模基本假設(shè)56
• 4.1.3 三維時程分析所選用的地震波56-57
• 4.2 三維水平管段模態(tài)分析57-58
• 4.3 近場地震作用下結(jié)構(gòu)時程分析58-66
• 4.3.1 倒虹吸結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)58-62
• 4.3.2 倒虹吸結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)62-66
• 4.4 遠場地震作用下結(jié)構(gòu)時程分析66-72
• 4.4.1 倒虹吸結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)66-68
• 4.4.2 倒虹吸結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)68-72
• 4.5 水平管身段二維、三維模型計算結(jié)果對比72-74
• 4.6 本章小結(jié)74-76
• 第五章 倒虹吸進.漸變段三維結(jié)構(gòu)時程分析76-97
• 5.1 三維有限元模型基本情況76-77
• 5.1.1 模型幾何尺寸76
• 5.1.2 結(jié)構(gòu)荷載、采用的單元、建模基本假設(shè)及合理性討論76-77
• 5.2 三維進.漸變段模態(tài)分析77-78
• 5.3 近場地震作用下結(jié)構(gòu)時程分析78-88
• 5.3.1 倒虹吸結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)78-84
• 5.3.2 倒虹吸結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)84-88
• 5.4 遠場地震作用下結(jié)構(gòu)時程分析88-95
• 5.4.1 倒虹吸結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)88-91
• 5.4.2 倒虹吸結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)91-95
• 5.5 本章小節(jié)95-97
• 第六章 結(jié)論與展望97-100
• 6.1 結(jié)論97-99
• 6.2 展望99-100
• 參考文獻100-105
• 致謝105-106
• 作者簡介106

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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本文編號：1039040