大跨渡槽横向地震响应特性分析及工程应用

发布时间：2017-04-20 02:16

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【摘要】：渡槽是调水工程中用以跨越障碍物而普遍采用的输水结构,南水北调等重大水利工程中兴建了一大批渡槽。由于其功能是输送水体,渡槽必须具有严格的防渗、防漏性能,若槽壳有一处损坏,可能致使绵延千里的输水线路陷入瘫痪。因此大型渡槽往往成为调水工程的控制性工程。然而,我国地震多发,大量渡槽兴建于高烈度地区,地震对渡槽的安全运作产生威胁,目前已有多座渡槽因地震而损毁、破坏。但渡槽抗震设计现仍无相关规范可依,忽略地震作用或计算不当,地震一旦发生,将造成严重后果。因此本文的研究内容围绕渡槽抗震计算而展开。渡槽抗震计算中,流固耦合动力计算是关键点,也是难点。由于沿水流方向,即纵向地震作用下,流固耦合作用不明显,因此重点研究横向地震作用下渡槽结构的流固耦合动力响应。为系统地研究渡槽抗震中流固耦合作用机理,并为相关规范的制定提供理论依据,本文开展的研究工作具体如下:(1)回顾并总结了渡槽抗震及相关理论进展,并结合实际渡槽工程,分别采用反应谱法及时程分析,对常见的动水压力简化计算模型的计算精度进行对比分析。(2)借鉴与渡槽抗震计算中流固耦合机理相似的水塔结构抗震设计规范,以流体耦合动力学的理论还原了水塔抗震规范中关于水平地震力计算公式的推导过程,并且加以修正使之适合渡槽横向水平地震力计算。(3)建立ALE流固耦合动力计算模型,由时程分析得出渡槽结构的动力响应,分析流固耦合作用机理;并与之前的简化计算模型及本文提出公式的计算结果相对比分析,论证简化模型及推荐公式的可靠性。最后,对全文的研究内容进行简要总结,并展望需要进一步开展的研究工作。
【关键词】：大跨渡槽 流固耦合 横向地震 规范公式 ALE模型
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV312;TV672.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 流固耦合基本理论12-14
• 1.2.2 渡槽流固耦合动力分析现状14
• 1.3 研究目的14-15
• 1.4 本文的主要内容15-17
• 第2章 动水压力简化计算17-35
• 2.1 Westergaard附加质量法简介17-20
• 2.2 Housner附加质量法20-28
• 2.2.1 脉冲压力的简化计算20-23
• 2.2.2 对流压力的简化计算23-28
• 2.3 渡槽抗震计算算例28-33
• 2.3.1 渡槽基本参数28-32
• 2.3.2 反应谱法计算地震力32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第3章 规则渡槽抗震计算建议公式35-63
• 3.1 渡槽横向抗震计算与水塔的相似性35-37
• 3.2 水塔的相关规范37-39
• 3.3 水塔抗震计算规范公式推导39-49
• 3.3.1 基本假定40
• 3.3.2 圆柱形水柜内动水压力一般解40-46
• 3.3.3 圆柱形水柜内动水压力反应谱解46-49
• 3.4 渡槽抗震计算推荐公式推导49-59
• 3.4.1 矩形槽壳内动水压力一般解49-54
• 3.4.2 矩形槽壳内动水压力反应谱解54-57
• 3.4.3 矩形槽壳内水体自振周期公式57-59
• 3.5 渡槽抗震计算推荐公式应用59-61
• 3.5.1 等效重量计算59
• 3.5.2 自振周期及地震影响系数计算59-60
• 3.5.3 地震力计算60-61
• 3.6 本章小结61-63
• 第4章 有限元建模分析63-81
• 4.1 ANSYS建模分析63-71
• 4.1.1 建模简介63-65
• 4.1.2 数据提取65-71
• 4.2 ADINA建模分析71-76
• 4.2.1 建模简介71-72
• 4.2.2 数据提取72-76
• 4.3 计算结果对比分析76-79
• 4.3.1 反应谱法与时程计算结果对比分析76-78
• 4.3.2 本文推荐方法与时程计算结果对比分析78-79
• 4.4 本章小结79-81
• 结论81-83
• 参考文献83-87
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文87-89
• 致谢89-90

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