塔侧混凝土回填高度对长拦污栅墩进水塔的动力影响分析
发布时间：2021-11-06 11:31
为了研究侧面混凝土回填高度对长拦污栅墩进水塔结构动力响应的影响规律,提高拦污栅框架结构的抗震性能,针对高耸进水塔结构建立不同塔侧回填高度的三维有限元模型进行动力计算,系统分析了侧面混凝土回填高度对进水塔自振特性、位移和应力的影响规律。结果表明:过高的塔侧回填会导致拦污栅墩部分连系梁的压应力超出混凝土抗压强度而发生断裂;无塔侧回填则会造成塔体横河向位移较大,同时连系梁的拉应力均比较大;合理的塔侧回填高度能够有效降低长拦污栅框架结构的应力,限制进水塔横河向位移,并且提高结构整体抗震性能。提出了长拦污栅墩进水塔侧面回填高度的合理范围,可供类似工程借鉴。
【文章来源】：水资源与水工程学报. 2020,31(05)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
进水塔平面布置图(单位:m)
采用三维有限元软件建模。以顺河向作为X轴，向下游为正;竖直向为Y轴，向上为正;横河向为Z轴，向塔右岸为正。使用SOLID45单元模拟塔体、地基及边坡，处理前创建不同的材料模型并修改各单元的材料属性，假定材料均为线弹性、连续无孔隙且均匀各向同性的，地基沿塔体深度方向、水平方向各延伸100 m建模，依据工程实际地形和地质条件模拟，整体计算模型如图3所示。有限元建模时，塔体、地基及边坡之间的接触面共节点连接，无质量地基的下游侧和左、右侧约束法向位移，底部约束3向位移。根据工程经验及建模验算可知，当塔背及塔侧回填超过设计回填高度时，将对塔体重要结构的应力产生负影响，还会增加不必要的工程投资。本文针对塔侧回填高度进行敏感性分析，控制塔背回填高度不变，塔右侧回填高度每下降10.0 m为1个研究方案，具体计算方案见表2。计算工况包括正常蓄水位工况(工况1)和地震工况(工况2)。进水塔静力计算考虑自重、静水压力、扬压力、浪压力和活荷载。动力计算时，采用附加质量法通过有限元软件中的MASS21单元模拟动水压力[17-18]。依据规范[18]方法计算进水塔的动力响应，选用标准设计反应谱曲线，放大系数为2.25，地震峰值加速度为0.372 g，竖向峰值加速度为水平向的2/3。同时考虑水平向和竖向地震作用效应，取其平方总和的方根值乘以±0.35，再分别与静力计算的结果相加得到正负叠加的总地震效应。
由表4可知，在正常蓄水位工况下(工况1)，改变塔侧回填高度对进水塔位移峰值的影响较小。塔体顺河向与横河向位移随着塔侧回填的降低而增大，最大增幅分别为17.6%和27.8%，位移峰值所在部位分别为塔体顶部的左侧及前侧，且不随塔侧回填高度发生改变。塔侧回填高度对塔体竖向位移的影响较小，最大增幅不超过5.0%。整个塔体在自重作用下有向左前倾的趋势。在地震工况下(工况2)，由于塔右侧受到动水压力的作用且塔体横河向刚度较小，所以进水塔的横河向位移峰值较大。由表4和图4可知，当塔侧回填混凝土从设计高度逐渐降低至无回填情况时，塔体竖直向位移没有明显变化，顺河向与横河向的位移均逐渐增大，最大增幅分别为20.0%和50.6%，位移峰值分别出现在塔体顶部的左侧及前侧位置。随着侧面回填高度的降低，塔右侧基岩对塔体的约束减小，同时由于塔侧的动水压力增大，导致塔体横河向位移出现了较大幅度的增加。由此可见，较高的塔侧回填能够提高进水塔结构的整体刚度，有效限制塔体横河向的位移。3.3 塔体应力影响分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]高耸进水塔拦污栅墩连系梁结构体系的抗震分析[J]. 李子民,李守义,田超,王博,赵洋,杨勇. 水资源与水工程学报. 2019(01)
[2]高耸进水塔结构塔背回填高度抗震研究[J]. 张岳,李守义,夏可,郭金君,何冠洁,李萌. 水利水电技术. 2018(11)
[3]地震动设计反应谱特性对进水塔增量动力分析结果的影响研究[J]. 张汉云,张燎军,李琳湘. 水利水电技术. 2017(09)
[4]进水塔塔背回填抗震设计优化研究与动态响应[J]. 曹伟,刘云贺,党康宁,郑晓东,陶磊. 南水北调与水利科技. 2017(03)
[5]河床式水电站厂房结构流固耦合振动特性研究[J]. 李守义,吕汶蔚. 水资源与水工程学报. 2015(03)
[6]水电站多层进水口水力特性数值模拟研究[J]. 高学平,彭娴,韩云鹏. 水力发电学报. 2015(03)
[7]塔背回填混凝土对进水塔地震响应的影响分析[J]. 李锋. 西北水电. 2015(01)
[8]向家坝导流底孔回填混凝土温度动态预测[J]. 周建兵,黄耀英,何小鹏,田开平. 长江科学院院报. 2015(02)
[9]岸塔式电站进水口塔背回填高度研究[J]. 唐碧华. 水电站设计. 2014(02)
[10]塔背回填对混凝土进水塔结构静动力响应影响分析[J]. 徐东芝,骆勇军,祁潇,魏珍中. 水电能源科学. 2014(04)
硕士论文
[1]水电站进水塔的抗震特性与稳定性研究[D]. 孙文杰.大连理工大学 2013
本文编号：3479757
【文章来源】：水资源与水工程学报. 2020,31(05)CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
进水塔平面布置图(单位:m)
采用三维有限元软件建模。以顺河向作为X轴，向下游为正;竖直向为Y轴，向上为正;横河向为Z轴，向塔右岸为正。使用SOLID45单元模拟塔体、地基及边坡，处理前创建不同的材料模型并修改各单元的材料属性，假定材料均为线弹性、连续无孔隙且均匀各向同性的，地基沿塔体深度方向、水平方向各延伸100 m建模，依据工程实际地形和地质条件模拟，整体计算模型如图3所示。有限元建模时，塔体、地基及边坡之间的接触面共节点连接，无质量地基的下游侧和左、右侧约束法向位移，底部约束3向位移。根据工程经验及建模验算可知，当塔背及塔侧回填超过设计回填高度时，将对塔体重要结构的应力产生负影响，还会增加不必要的工程投资。本文针对塔侧回填高度进行敏感性分析，控制塔背回填高度不变，塔右侧回填高度每下降10.0 m为1个研究方案，具体计算方案见表2。计算工况包括正常蓄水位工况(工况1)和地震工况(工况2)。进水塔静力计算考虑自重、静水压力、扬压力、浪压力和活荷载。动力计算时，采用附加质量法通过有限元软件中的MASS21单元模拟动水压力[17-18]。依据规范[18]方法计算进水塔的动力响应，选用标准设计反应谱曲线，放大系数为2.25，地震峰值加速度为0.372 g，竖向峰值加速度为水平向的2/3。同时考虑水平向和竖向地震作用效应，取其平方总和的方根值乘以±0.35，再分别与静力计算的结果相加得到正负叠加的总地震效应。
由表4可知，在正常蓄水位工况下(工况1)，改变塔侧回填高度对进水塔位移峰值的影响较小。塔体顺河向与横河向位移随着塔侧回填的降低而增大，最大增幅分别为17.6%和27.8%，位移峰值所在部位分别为塔体顶部的左侧及前侧，且不随塔侧回填高度发生改变。塔侧回填高度对塔体竖向位移的影响较小，最大增幅不超过5.0%。整个塔体在自重作用下有向左前倾的趋势。在地震工况下(工况2)，由于塔右侧受到动水压力的作用且塔体横河向刚度较小，所以进水塔的横河向位移峰值较大。由表4和图4可知，当塔侧回填混凝土从设计高度逐渐降低至无回填情况时，塔体竖直向位移没有明显变化，顺河向与横河向的位移均逐渐增大，最大增幅分别为20.0%和50.6%，位移峰值分别出现在塔体顶部的左侧及前侧位置。随着侧面回填高度的降低，塔右侧基岩对塔体的约束减小，同时由于塔侧的动水压力增大，导致塔体横河向位移出现了较大幅度的增加。由此可见，较高的塔侧回填能够提高进水塔结构的整体刚度，有效限制塔体横河向的位移。3.3 塔体应力影响分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]高耸进水塔拦污栅墩连系梁结构体系的抗震分析[J]. 李子民,李守义,田超,王博,赵洋,杨勇. 水资源与水工程学报. 2019(01)
[2]高耸进水塔结构塔背回填高度抗震研究[J]. 张岳,李守义,夏可,郭金君,何冠洁,李萌. 水利水电技术. 2018(11)
[3]地震动设计反应谱特性对进水塔增量动力分析结果的影响研究[J]. 张汉云,张燎军,李琳湘. 水利水电技术. 2017(09)
[4]进水塔塔背回填抗震设计优化研究与动态响应[J]. 曹伟,刘云贺,党康宁,郑晓东,陶磊. 南水北调与水利科技. 2017(03)
[5]河床式水电站厂房结构流固耦合振动特性研究[J]. 李守义,吕汶蔚. 水资源与水工程学报. 2015(03)
[6]水电站多层进水口水力特性数值模拟研究[J]. 高学平,彭娴,韩云鹏. 水力发电学报. 2015(03)
[7]塔背回填混凝土对进水塔地震响应的影响分析[J]. 李锋. 西北水电. 2015(01)
[8]向家坝导流底孔回填混凝土温度动态预测[J]. 周建兵,黄耀英,何小鹏,田开平. 长江科学院院报. 2015(02)
[9]岸塔式电站进水口塔背回填高度研究[J]. 唐碧华. 水电站设计. 2014(02)
[10]塔背回填对混凝土进水塔结构静动力响应影响分析[J]. 徐东芝,骆勇军,祁潇,魏珍中. 水电能源科学. 2014(04)
硕士论文
[1]水电站进水塔的抗震特性与稳定性研究[D]. 孙文杰.大连理工大学 2013
本文编号：3479757
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