【摘要】：高烈度地震區(qū)大型高架渡槽的抗震安全問(wèn)題是我國(guó)西南地區(qū)長(zhǎng)距離調(diào)水工程建設(shè)過(guò)程中難以回避的重大挑戰(zhàn)。由于場(chǎng)地的地質(zhì)地形復(fù)雜,區(qū)域地震活動(dòng)強(qiáng)烈,在地震作用下渡槽的結(jié)構(gòu)與水體之間存在強(qiáng)烈的動(dòng)力耦合相互作用,并會(huì)呈現(xiàn)出與結(jié)構(gòu)振動(dòng)強(qiáng)度相關(guān)的一定的非線性特征。研究渡槽流固耦合動(dòng)力相互作用的機(jī)理及影響因素,對(duì)于對(duì)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)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(jì)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(diǎn)構(gòu)造了一組Ricker子波,對(duì)渡槽流固耦合動(dòng)力相互作用的特點(diǎn)及影響因素進(jìn)行了分析,比較了位移有限元模型、Fluent流體模型和Housner簡(jiǎn)化模型的優(yōu)缺點(diǎn)。本文的主要內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)無(wú)流體阻尼位移有限元模型的動(dòng)水壓力響應(yīng),與Fluent流體模型在頻域上規(guī)律相同,無(wú)阻尼模型的動(dòng)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(shuō)明無(wú)阻尼模型是一種精確且適用的數(shù)值模型。Housner簡(jiǎn)化模型能反應(yīng)水體晃動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)于Fluent流體模型,改變Ricker子波和人工地震波激勵(lì)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(guò)8.0%,動(dòng)水壓力值的所占比例不超過(guò)15.0%,說(shuō)明槽內(nèi)水體在地震作用下進(jìn)行有限幅度的晃動(dòng)時(shí),渡槽內(nèi)流體作用的非線性較小;壁面動(dòng)水壓力分布的形式主要受水體晃動(dòng)頻率控制,當(dāng)子波激勵(lì)的頻率小于水體晃動(dòng)頻率的2倍時(shí),流體運(yùn)動(dòng)以表面晃動(dòng)為主,反之則以整體慣性運(yùn)動(dòng)為主,當(dāng)頻率接近槽身自振頻率時(shí),動(dòng)水壓力極值出現(xiàn)的位置將向水體表面移動(dòng);(3)從頻域上分析,渡槽的流固耦合動(dòng)力相互作用主要受水體晃動(dòng)頻率、槽身自振頻率和外界激勵(lì)的頻率三個(gè)因素控制,當(dāng)激勵(lì)的頻域接近水體晃動(dòng)和槽身自身頻率時(shí),會(huì)加劇渡槽流固耦合動(dòng)力相互作用的效果;在本文研究中流體阻尼對(duì)水體的動(dòng)力響應(yīng)起抑制作用,但不能反映水體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí)其動(dòng)水壓力極值比剛性槽身模型低62%。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TV672.3;TV312
【圖文】：

９．００ｍ，墩號(hào)與墩高的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)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(jì)水位為５．４６ｍ，設(shè)計(jì)院提供的第４跨至逡逑第１３跨的抗震計(jì)算模型如下圖１－１所示。逡逑圖ｉ－ｉ衍慶村渡槽抗震計(jì)算模型示意圖逡逑地震安評(píng)報(bào)告中給出了渡槽工程場(chǎng)地基巖的設(shè)計(jì)地震動(dòng)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(chǎng)地基巖的設(shè)計(jì)地震動(dòng)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(shí)程曲線逡逑

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本文編號(hào)：2736556