三维大坝框架结构的动力特性等效性研究

发布时间：2017-08-18 22:31

  本文关键词：三维大坝框架结构的动力特性等效性研究

  更多相关文章： 框架结构 自振频率 振型 等效

【摘要】：大型的水利工程项目集中于我国的西南地区,而西南地区频发的地震作用给水利工程的建设与运营带来较为严重的危害。因此,对水利工程比如大坝的动力特性研究就显得尤为重要。目前对大坝的结构动力分析研究的方法是基于模型相似比的理论。即将大坝按照一定的比尺缩小后,做成模型结构进行动力学实验,将模型实验得到的结果按照相应的相似比换算为原型的结果。但当动力学实验得到的结果非线性比较显著时,用相似比的方法就显得较为麻烦。相比于通常研究动力学模型实验的相似比方法,等效研究后得出的框架结构能够在前三阶频率与振型上与大坝原型接近,故避免了模型实验中相似比的换算,具有便利的特点。本文将柯依那大坝作为原型大坝,对原型进行模态分析得到其频率与振型。按照三种模型比例计算缩尺模型的频率与振型,研究尺寸效应对大坝动力学特性的影响。作为大坝原型等效框架结构的初步探讨,依据材料力学的基本理论,分别建立单根杆模型与双根杆模型。根据模态分析的结果,两种模型在一定程度上对大坝原型的动力特性得到了近似的模拟。为避免尺寸效应的影响,提出框架结构模型,用改变结构形式以及结构材料种类的方法将模型的自振频率降低。在等效后的框架结构中,通过柱子的截面与钢板的厚度等影响因素,不断地调试各部分之间的比例关系从而改善结构的质量与刚度分布,进而优化频率的数值,使其尽可能的接近大坝原有的自振频率与振型。为进一步验证框架结构模型与大坝原型在动力学方面的近似程度,研究两种结构分别在正弦波与常见的EL centro波激励作用下,各自的响应情况。通过有限元软件的动力学计算表明,钢框架结构模型与大坝原型具有相近的动力学响应。即基于等效性的理论,将大坝原型换算为缩尺后的钢框架结构模型,具有相近的动力学特性。本文在保证动力学特性的前提下,提出了与三维大坝具有等效性的框架结构模型。相比于传统的模型相似率的方法,减少了动力学实验非线性条件下较复杂的计算过程。故在研究大坝动力学特性的模型实验方面,具有一定的意义与参考价值。
【关键词】：框架结构 自振频率 振型 等效
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV312
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-17
• 1.1 高坝抗震的重要性8-9
• 1.2 国内外的研究进展9-12
• 1.2.1 高坝地震响应分析9-11
• 1.2.2 高坝动力特性的实验验证11-12
• 1.3 本文研究的主要内容12-17
• 1.3.1 研究目的13
• 1.3.2 各章内容简介13-17
• 第2章 动力特性研究的基本方法17-24
• 2.1 结构动力模拟实验方法17-18
• 2.2 振动理论概述18-20
• 2.2.1 振动理论发展18-20
• 2.2.2 坝体动力特性分析20
• 2.3 等效性原理20-24
• 2.3.1 坝体原型与模型实验的相似律21-22
• 2.3.2 等效有限元换算的关键问题22-24
• 第3章 坝体原型与缩尺模型动力特性分析24-30
• 3.1 柯依那大坝简介24
• 3.2 大坝实体模型分析24-27
• 3.2.1 模型的建立24-25
• 3.2.2 网格划分25
• 3.2.3 振动特性分析25-27
• 3.3 缩尺模型分析27-29
• 3.3.1 缩尺模型的建立27-28
• 3.3.2 缩尺模型振动特性分析28
• 3.3.3 尺寸效应的探讨28-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第4章 等效框架模型的动力特性分析30-54
• 4.1 本章引论30-31
• 4.2 杆件结构的等效性分析31-38
• 4.2.1 单根杆模型研究31-34
• 4.2.2 双根杆模型研究34-37
• 4.2.3 振动特性分析37-38
• 4.3 球棍模型的动力特性等效性分析38-43
• 4.3.1 球棍模型的建立38
• 4.3.2 网格的划分38-40
• 4.3.3 材料的影响研究40-41
• 4.3.4 振动特性分析41-43
• 4.4 钢框架结构模型的动力特性等效性分析43-49
• 4.4.1 框架模型的建立44-45
• 4.4.2 网格的划分45
• 4.4.3 框架间距的影响研究45-46
• 4.4.4 横截面的影响研究46-47
• 4.4.5 振动特性分析47-49
• 4.5 各种模型结果对比49-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第5章 坝体原型与模型结构地震的响应研究54-68
• 5.1 本章引论54
• 5.2 结构振动响应分析54-55
• 5.3 模型基本假设55-56
• 5.3.1 尺寸效应分析55
• 5.3.2 模型假设的总体叙述55-56
• 5.4 EL centro波作用下位移响应56-58
• 5.4.1 大坝原型振动响应56-57
• 5.4.2 框架模型振动响应57-58
• 5.4.3 结果比较58
• 5.5 正弦波作用下位移响应58-62
• 5.5.1 正弦波响应分析58-62
• 5.5.2 结果比较62
• 5.6 振动响应结果与讨论62-67
• 5.7 本章小结67-68
• 第6章 结论68-70
• 6.1 研究总结68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 附录A 有限元程序76-88
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果88

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘进红;;框架结构中的建筑与建筑中的框架结构[J];山西建筑;2008年16期

2 李国强;框架结构P-△效应的简捷计算[J];工业建筑;1991年03期

3 赵玉星,孟曙光,贾甲,张波;设置附加剪弯杆的大跨度框架结构[J];山东建筑工程学院学报;2000年03期

4 万瑞明 ,范平;非地震区底框架结构耐火稳定性分析[J];甘肃消防;2000年02期

5 黄志强,黄志斌;跨变框架结构的设计[J];浙江建筑;2001年S1期

6 王滋军,刘伟庆;中高层钢筋混凝土异形柱框架结构设计方法研究[J];南京建筑工程学院学报(自然科学版);2002年01期

7 王春;框架结构构造措施不可忽视[J];建筑工人;2004年07期

8 李楠,李柠;不同施工顺序对现浇预应力混凝土框架结构的影响[J];辽宁建材;2005年05期

9 姜q，

本文编号：697175