基于FSI系统的三连拱式渡槽有限元分析

发布时间：2020-05-22 19:45

【摘要】：为了改变水资源分布不均衡的现状,我国兴建了许多输水工程,而渡槽是一种重要的输水建筑物,渡槽的破坏将可能导致整个供水线的断裂。因此,对渡槽进行结构安全分析便极为重要。本文以渡王家渡槽为例,对渡槽结构进行有限元分析,评价渡槽结构的安全性。建立三连拱式渡槽整体模型,渡槽整体建模相比于单拱分析更能模拟真实的工作条件,从而使结果更加准确和可靠。在进行静力分析时,引入混凝土四参数损伤模型,可以发现混凝土容易受到损伤的部位,与内力分析的结果进行比较,验证混凝土四参数损伤模型的适用性。分析结果表明:混凝土容易发生损伤的部位和内力较大的部位相符合,因此四参数损伤模型可以用于渡槽的静力计算,以此为依据对渡槽结构进行安全评价,结果满足规范要求。渡槽在过水状态下,槽体和水体的相互作用对结构动力响应分析的结果影响较大,不能忽略不计,应当对流固耦合进行模拟,才能得到实际的响应结果。目前国内外学者研究模拟水体的作用主要采用Westergaard附加质量法和Housner弹簧模型,只考虑水体对槽壁单方面的作用,本文引入基于FSI系统的位移—压力(u_i,p)格式,采用三维声单元模拟水体,可以模拟固体边界对水体的吸收和反射。分三种工况对渡槽进行自振特性研究,分析结果表明:水体的作用可以降低渡槽的自振频率,使振型分布更加集中。由于实测资料不足,水工抗震设计规范一直未对渡槽进行说明,研究设计人员往往根据桥梁设计规范对渡槽进行抗震分析。本文根据新的水工抗震设计规范,对渡槽进行反应谱分析,在反应谱分析结果的基础之上,输入El-Centro地震波,研究渡槽结构的时程反应规律。分析结果表明:渡槽在满槽水深时为最不利工况,此时内力满足结构安全设计要求,而且时程分析法得到响应随水深的变化规律与反应谱法得到的结果相似,说明二者可以相互验证。
【图文】：

图 1-1 拱式渡槽 图 1-2 病害渡槽漏水在长距离的调水过程中，只要有一处破坏便会影响沿线的输水系统，甚至会导致供水线中断[3]，进而影响影响工业、农业的生产和人们的日常用水。渡槽的失事严重时甚至会威胁到人民的生命财产安全，产生深远的社会影响，如 197年湖北宜昌市普溪河渡槽发生特大倒塌事故，，造成巨大的伤亡；再如 2012 年四川雅安“4.20”地震造成玉溪河团结渡槽受损严重，导致灾区输水受阻。而且拱式渡槽属于架空结构，跨度大并且抗侧刚度低，对风荷载和地震效应非常敏感，因

图 1-1 拱式渡槽 图 1-2 病害渡槽漏水在长距离的调水过程中，只要有一处破坏便会影响沿线的输水系统，甚至会导致供水线中断[3]，进而影响影响工业、农业的生产和人们的日常用水。渡槽的失事严重时甚至会威胁到人民的生命财产安全，产生深远的社会影响，如 197年湖北宜昌市普溪河渡槽发生特大倒塌事故，造成巨大的伤亡；再如 2012 年四川雅安“4.20”地震造成玉溪河团结渡槽受损严重，导致灾区输水受阻。而且拱式渡槽属于架空结构，跨度大并且抗侧刚度低，对风荷载和地震效应非常敏感，因
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV672.3

【参考文献】

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本文编号：2676508