【摘要】：高烈度地震區(qū)大型高架渡槽的抗震安全問題是我國西南地區(qū)長距離調(diào)水工程建設(shè)過程中難以回避的重大挑戰(zhàn)。由于場地的地質(zhì)地形復(fù)雜,區(qū)域地震活動強烈,在地震作用下渡槽的結(jié)構(gòu)與水體之間存在強烈的動力耦合相互作用,并會呈現(xiàn)出與結(jié)構(gòu)振動強度相關(guān)的一定的非線性特征。研究渡槽流固耦合動力相互作用的機理及影響因素,對于對準(zhǔn)確分析渡槽結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng),保障渡槽結(jié)構(gòu)的抗震安全具有重要的工程意義。本文依托國家重點研發(fā)計劃中滇中引水工程衍慶村渡槽的工程資料,基于ANSYS有限元軟件和Fluent流體計算軟件建立了槽身二維流固耦合模型,并根據(jù)地震作用的特點構(gòu)造了一組Ricker子波,對渡槽流固耦合動力相互作用的特點及影響因素進行了分析,比較了位移有限元模型、Fluent流體模型和Housner簡化模型的優(yōu)缺點。本文的主要內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)無流體阻尼位移有限元模型的動水壓力響應(yīng),與Fluent流體模型在頻域上規(guī)律相同,無阻尼模型的動水壓力極值比Fluent模型要高,但兩者結(jié)果十分接近,在高頻段相差僅3.8%,說明無阻尼模型是一種精確且適用的數(shù)值模型。Housner簡化模型能反應(yīng)水體晃動和槽身自振特性的影響,但難以充分反映人工地震波中高頻顯著成分的作用,與位移有限元模型相比其結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)值嚴(yán)重偏小,拉桿中部受拉、豎直壁面受拉和內(nèi)壁受壓位置的動應(yīng)力極值分別為位移有限元模型的61.0%、49.0%和50.4%;(2)對于Fluent流體模型,改變Ricker子波和人工地震波激勵的幅值,由流體非線性引起的水面高度變化的所占比例不超過8.0%,動水壓力值的所占比例不超過15.0%,說明槽內(nèi)水體在地震作用下進行有限幅度的晃動時,渡槽內(nèi)流體作用的非線性較小;壁面動水壓力分布的形式主要受水體晃動頻率控制,當(dāng)子波激勵的頻率小于水體晃動頻率的2倍時,流體運動以表面晃動為主,反之則以整體慣性運動為主,當(dāng)頻率接近槽身自振頻率時,動水壓力極值出現(xiàn)的位置將向水體表面移動;(3)從頻域上分析,渡槽的流固耦合動力相互作用主要受水體晃動頻率、槽身自振頻率和外界激勵的頻率三個因素控制,當(dāng)激勵的頻域接近水體晃動和槽身自身頻率時,會加劇渡槽流固耦合動力相互作用的效果;在本文研究中流體阻尼對水體的動力響應(yīng)起抑制作用,但不能反映水體的實際運動情況,流體壓縮性的影響則完全可以忽略,槽身剛度的影響最為顯著,在槽身自振頻率附近柔性槽身模型的動水壓力極值最高比剛性槽身模型高51%,遠(yuǎn)離槽身自振頻率時其動水壓力極值比剛性槽身模型低62%。
【學(xué)位授予單位】：中國水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TV672.3;TV312
【圖文】：

９．００ｍ，墩號與墩高的對應(yīng)關(guān)系見表１－１；槽身采用Ｕ形結(jié)構(gòu)，高度為７．１０ｍ，內(nèi)逡逑徑為３．５０ｍ，跨中位置槽壁厚０．３５ｍ，設(shè)計水位為５．４６ｍ，設(shè)計院提供的第４跨至逡逑第１３跨的抗震計算模型如下圖１－１所示。逡逑圖ｉ－ｉ衍慶村渡槽抗震計算模型示意圖逡逑地震安評報告中給出了渡槽工程場地基巖的設(shè)計地震動加速度峰值如下表逡逑１－２所示，反應(yīng)譜如下圖１－２所示。逡逑表１－２渡槽工程場地基巖的設(shè)計地震動加速度峰值逡逑超越概率值｜邋Ｊ＿（ｍ／ｓ２）逡逑５０邋年邋６３％邐０．９３逡逑５０邋年邋１０％邐２．７５逡逑－邐５０邋年邋５％邐３．５８逡逑１00邋年邋２％邐５．７９逡逑７逡逑

圖２－２人工合成地震波加速度時程曲線逡逑

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本文編號：2736556