考虑空间与时间效应PCCP地震效应分析

发布时间：2017-10-29 01:03

  本文关键词：考虑空间与时间效应PCCP地震效应分析

  更多相关文章： 预应力钢筒混凝土管(PCCP) 地震响应 动力时程分析 有限元 人工边界

【摘要】：预应力钢筒混凝土管(PCCP)因其自身材料的优越性,正被广泛应用在各个工程领域,例如与人们生活息息相关的城市生命线工程以及大型水利事业南水北调工程等。但是众多的研究依然停留在其静力分析上,随着地震等自然灾害的频繁发生,考虑地震作用、采用数值模拟的方式分析空间与时间效应的PCCP的地震响应显得尤为重要。本文基于河南省科技厅项目《PCCP关键技术研究》,采用有限元法基本思想,建立了南水北调中线南阳段PCCP的计算模型,经时程分析得到了PCCP在地震作用下的动力响应。分析中考虑了不均匀场地和均匀场地、不同的地震波特性(入射角变化、位移峰值变化和加速度峰值变化)、管道特性(不同的埋设深度、不同的管壁厚度和不同的混凝土强度)的影响。最后分析对比了各种因素对于PCCP在地震作用下动力响应的影响。现将本文的主要研究结论总结如下。(1)三种不同人工边界条件(简单边界、粘性边界、等效粘弹性边界)对结构的地震响应的影响结果与实际震害情况比较表明:等效粘弹性边界即等效的一致粘弹性边界是最能反映实际的人工边界。(2)不同场地对结构动力响应的影响是,不均匀场地中埋设的地下管段的地震响应大于均匀场地中的,并且场地越不均匀,管道的地震响应管线的动应力越大。均匀场地下PCCP的动力分析结果表明:管道的刚度不变时,随着土层条件由硬到软的变化(从粉砂到粉土再到粘土),管道的应力和位移值均逐步增大。(3)地震波的特性(入射角、位移峰值和加速峰值)对PCCP的影响是:管道的动应力随着地震波入射角的增大而减小,入射角即地震波传播方向和管轴向的夹角为零时,动应力最大。管道的动应力主要取决于地震波的位移大小,地震波的位移峰值改变时,管的最大轴向应力和最大弯曲应力的数值随着位移数值的增大而增大,呈现线性变化规律,并且轴向应力变化幅度比弯曲应力较大。地震波加速度峰值的变化对结构动应力几乎不产生影响。(4)埋设深度和管道厚度对于结构动力响应的影响是:随着埋深的变化,结构的动应力几乎不变,即结构的动应力与管道埋深关系不大;但是,当管壁厚度变化时,管道的最大轴向应力会随着管道壁厚的增加而减小,而最大弯曲应力略有增加但变化很小。在改变管道自身刚度(管壁厚度和混凝土强度)的情况下,地震的响应位移基本不变。所以在今后的工程建设中,通过提高管道自身刚度(提高管芯混凝土的强度)是不能改善系统的抗震性能的。可以适当的将管道的壁厚作一定调整(适当减小厚度)以达到抗震性能的改善。文中所得结果与震害调查结论相符,相关研究结果和结论可供以后的地下建筑物抗震设计参考。
【关键词】：预应力钢筒混凝土管(PCCP) 地震响应 动力时程分析 有限元 人工边界
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV672.2;TV312
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 地震作用下预应力钢筒混凝土管的研究意义10-11
• 1.2 国内外对地下结构抗震研究的现状11-13
• 1.3 地下结构抗震研究的方法13-14
• 1.4 生命线工程PCCP的破环形式及影响因素14-15
• 1.4.1 PCCP的破坏形式15
• 1.4.2 PCCP破坏的影响因素15
• 1.5 本文的研究背景以及主要工作15-18
• 1.5.1 本文的研究背景15-16
• 1.5.2 本文的主要研究内容16-18
• 2 基于ANSYS的地下结构抗震分析理论18-28
• 2.1 地下结构抗震设计的解析方法18-20
• 2.1.1 静力法18-19
• 2.1.2 反应位移法19-20
• 2.2 地下结构抗震研究的数值方法20-22
• 2.2.1 时程分析法具体介绍20-22
• 2.2.2 ANSYS中采用时程分析法实现地震作用下的结构的响应具体方法22
• 2.3 有限元法计算PCCP的地震响应22-28
• 3 南水北调中线段地下埋管PCCP模型建立28-38
• 3.1 引言28-29
• 3.1.1 有限元理论简介28
• 3.1.2 ANSYS软件简介28-29
• 3.2 地下埋管预应力钢筒混凝土管（PCCP）模型建立29-38
• 3.2.1 PCCP的实体建模29-30
• 3.2.2 PCCP单元的选取30-32
• 3.2.3 PCCP的模型建立中具体数据32-34
• 3.2.4 地下埋管PCCP的边界处理34-38
• 4 地下埋管PCCP在地震作用下的边界选择38-48
• 4.1 对比不同边界条件下PCCP的地震响应38-40
• 4.2 对比不同边界条件下PCCP的地震响应结果40-45
• 4.2.1 结构模态分析结果42-43
• 4.2.2 结构在地震作用下的时程分析结果43-45
• 4.3 本章小结45-48
• 5 地下埋管PCCP的地震响应影响因素分析48-68
• 5.1 不同场地对结构地震响应的影响48-54
• 5.1.1 不均匀场地与均匀场地对比48-50
• 5.1.2 均匀场地下PCCP地震响应50-54
• 5.2 地震波特性对PCCP地震响应的影响分析54-57
• 5.2.1 不同的地震波入射角下PCCP地震响应分析54-56
• 5.2.2 不同的地震位移峰值下PCCP的地震响应56
• 5.2.3 不同的地震加速度峰值下PCCP的地震响应56-57
• 5.3 不同埋深对PCCP地震响应的影响分析57-60
• 5.3.1 PCCP在地震作用下的管道动应力和埋深关系57-58
• 5.3.2 不同埋深下PCCP在地震作用下的时程分析58-60
• 5.4 不同的PCCP管壁厚度对结构地震响应的影响分析60-63
• 5.4.1 PCCP在地震作用下的管道动应力和管壁厚度关系60-61
• 5.4.2 不同管道厚度下PCCP在地震作用下的时程分析61-63
• 5.5 不同混凝土强度等级对PCCP地震响应的影响分析63-65
• 5.6 本章小结65-68
• 6 结论与展望68-72
• 6.1 本文的主要结论68-69
• 6.2 本文研究工作不足之处69-72
• 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-79

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本文编号：1110699