地震波斜入射条件下高耸进水塔群的地震响应分析
发布时间：2021-06-23 12:37
随着一批百米级大坝依次建设,与之相对应的引水输水建筑物-进水塔群的建设高度也随之增加,而西部地区的地震烈度高且强震频发,在水利工程选址时是难以避让的,这就为进水塔群的抗震安全带来了极大的挑战。目前在对高耸进水塔群进行动力响应分析时边界条件通常考虑为固定边界,地震波的入射方式假定为垂直入射,但浅震源地震波传播至地表时的入射方向是不定的,结构产生的地震响应也随地震波的入射方向的变化而变化,因此假定垂直入射的地震波入射方式、固定边界条件与实际情况不完全相符,其带来的误差也是不可忽略的。为研究地震波斜入射对高耸进水塔群的动力响应影响,本文通过有限元软件建立高耸进水塔群模型,引入粘弹性人工边界及地震波以不同角度入射的地震输入法,分析不同入射角度的地震波对高耸进水塔群动力响应影响规律,具体研究内容与结果如下:（1）采用等效边界力法来实现粘弹性人工边界上的波动输入,实现SV波斜入射。基于SV波二维和三维斜入射时人工边界上各结点的等效荷载计算方法,编制sv波作用下等效结点荷载计算程序,建立相应的数值算例模型,计算结果表明该计算程序与方法具有较高的精度。建立高耸进水塔群有限元模型,计算分析了 sv波以不...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
2地震波斜入射的实现11法分成两步对刚度矩阵和质量矩阵进行空间解耦[49]。图2-1局部单元组合二维示意图Fig.2-1Two-dimensionaldiagramoflocalelementcombination对于与结点l有关联的单元，通过公式（2-14）可得：lnnilinjnjlinnjmukuf(2-18)质量系数和刚度系数分别为：nelhpemm(2-19)elinjhipjekk(2-20)结点总数l方向i的等效外力为：elihieff(2-21)随后假定结点的加速度为定值，也即niliuu，那么（2-18）可变成：llilinjnjlinjmukuf(2-22)在此基础上引入阻尼系数linjc，但是在实际中，想要精确的求解阻尼矩阵具有一定难度，因此可考虑简化为Rayleigh表示，因此上述公式可转换成存在阻尼的集中质量动力显示有限元方程：llilinjnjlinjnjlinjnjmucukuf(2-23)边界结点l的运动方程也可写成：llilinjnjlinjnjlillinjnjmucukufA(2-24)其结点的应力表达式为：lililililitKutCut(2-25)式中：l和i——边界结点号和坐标轴方向；,liliCK——l结点在i方向上的阻尼系数和弹簧刚度系数，
西安理工大学硕士学位论文12综合（2-24）和（2-25）可得出粘弹性人工边界l结点的运动方程可变为：llinjlinjlnljllinjlinjlnljllilinjnjmuucACukAKf(2-26)2.1.2粘弹性人工边界的有限元实现由公式(2-25)可以看出可通过在人工边界结点上施加并联的粘滞阻尼和线性弹簧结构来实现三维粘弹性人工边界，示意图见图2-2。图2-2弹簧阻尼元件示意图Fig.2-2Schematicdiagramofspringdampingelement由公式(2-26)可知，动力有限元方程与粘弹性人工边界结合求解仅仅把原系统总阻尼和总刚度矩阵中人工边界结点相应的对角线系数相加，由于其边界条件并未独立形成，故其稳定性的问题无需考虑。由于其计算稳定性较为良好，并且只需要将弹簧-阻尼单元施加于粘弹性人工边界结点的各个平动自由度方向上，因此粘弹性人工边界在有限元软件中使用非常简便。2.1.3粘弹性人工边界的参数设定粘弹性人工边界上的阻尼系数及弹簧刚度系数可依据参考文献[50]取值：切向边界：BTTlGKAR，BTslCcA（2-27）法向边界：BNNlGKAR，BNplCcA（2-28）式中：BTK与BNK——弹簧切向和法向的刚度系数；N和T——法向和切向的修正系数；G——介质剪切模量；R——波源到边界结点的距离；lA——图1所示的结点l的影响面积；pc和sc——P波、SV波的波速；为介质密度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高耸进水塔塔后回填高度对其抗震性能的影响[J]. 杨光,李守义,李浪,肖阳,张紫璇,杨勇. 水资源与水工程学报. 2019(06)
[2]陡倾阶梯式复合建基面上进水塔的抗滑稳定分析[J]. 郭金君,李守义,张岳,夏可,何冠洁,杨光. 水电能源科学. 2019(08)
[3]P波作用下跨断层隧道轴线地震响应分析[J]. 赵密,欧阳文龙,黄景琦,杜修力,赵旭. 岩土力学. 2019(09)
[4]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)
[5]基于ABAQUS无限元的静-动力统一人工边界研究[J]. 王飞,宋志强,刘昱杰,王建. 水资源与水工程学报. 2018(06)
[6]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)
[7]平面SV波斜入射下重力坝动力响应分析[J]. 孙奔博,胡良明,李仟. 水利水电技术. 2018(08)
[8]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)
[9]地震P波斜入射下入射角度对海底沉管隧道结构动力响应的影响[J]. 周鹏,崔杰,李亚东,欧阳志勇. 世界地震工程. 2016(03)
[10]考虑粘弹性人工边界的高耸进水塔结构地震动态响应分析[J]. 刘云贺,郑晓东,张小刚. 西安理工大学学报. 2016(02)
博士论文
[1]海底地震动特性及跨海桥梁地震反应分析[D]. 陈宝魁.大连理工大学 2016
[2]强震作用下高耸进水塔损伤破坏机理分析[D]. 郑晓东.西安理工大学 2016
硕士论文
[1]基于振型分解反应谱法的水电站进水口拦污栅墩结构抗震特性研究[D]. 李子民.西安理工大学 2019
[2]高拱坝表孔弧门支承结构静动力特性研究[D]. 王博.西安理工大学 2019
[3]高耸进水塔结构抗震分析及塔群动力响应研究[D]. 张岳.西安理工大学 2019
[4]考虑地形效应与地震波斜入射的高墩连续刚构桥动力响应研究[D]. 夏梅凯.江西理工大学 2018
[5]斜入射地震波作用下综合管廊的动力响应[D]. 屈健.哈尔滨工业大学 2017
[6]地震波斜入射下拱坝地震响应分析[D]. 余琳君.昆明理工大学 2017
[7]地震波斜入射条件下核安全壳的地震响应分析[D]. 孙建超.哈尔滨工业大学 2015
[8]地震波斜入射作用下埋地弯管的动力响应[D]. 张浩.哈尔滨工业大学 2015
[9]白鹤滩进水塔抗震数值分析及稳定性复核[D]. 张剑雯.大连理工大学 2015
[10]进水塔抗震数值计算及配筋设计[D]. 郑宏鸿.大连理工大学 2015
本文编号：3244952
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
2地震波斜入射的实现11法分成两步对刚度矩阵和质量矩阵进行空间解耦[49]。图2-1局部单元组合二维示意图Fig.2-1Two-dimensionaldiagramoflocalelementcombination对于与结点l有关联的单元，通过公式（2-14）可得：lnnilinjnjlinnjmukuf(2-18)质量系数和刚度系数分别为：nelhpemm(2-19)elinjhipjekk(2-20)结点总数l方向i的等效外力为：elihieff(2-21)随后假定结点的加速度为定值，也即niliuu，那么（2-18）可变成：llilinjnjlinjmukuf(2-22)在此基础上引入阻尼系数linjc，但是在实际中，想要精确的求解阻尼矩阵具有一定难度，因此可考虑简化为Rayleigh表示，因此上述公式可转换成存在阻尼的集中质量动力显示有限元方程：llilinjnjlinjnjlinjnjmucukuf(2-23)边界结点l的运动方程也可写成：llilinjnjlinjnjlillinjnjmucukufA(2-24)其结点的应力表达式为：lililililitKutCut(2-25)式中：l和i——边界结点号和坐标轴方向；,liliCK——l结点在i方向上的阻尼系数和弹簧刚度系数，
西安理工大学硕士学位论文12综合（2-24）和（2-25）可得出粘弹性人工边界l结点的运动方程可变为：llinjlinjlnljllinjlinjlnljllilinjnjmuucACukAKf(2-26)2.1.2粘弹性人工边界的有限元实现由公式(2-25)可以看出可通过在人工边界结点上施加并联的粘滞阻尼和线性弹簧结构来实现三维粘弹性人工边界，示意图见图2-2。图2-2弹簧阻尼元件示意图Fig.2-2Schematicdiagramofspringdampingelement由公式(2-26)可知，动力有限元方程与粘弹性人工边界结合求解仅仅把原系统总阻尼和总刚度矩阵中人工边界结点相应的对角线系数相加，由于其边界条件并未独立形成，故其稳定性的问题无需考虑。由于其计算稳定性较为良好，并且只需要将弹簧-阻尼单元施加于粘弹性人工边界结点的各个平动自由度方向上，因此粘弹性人工边界在有限元软件中使用非常简便。2.1.3粘弹性人工边界的参数设定粘弹性人工边界上的阻尼系数及弹簧刚度系数可依据参考文献[50]取值：切向边界：BTTlGKAR，BTslCcA（2-27）法向边界：BNNlGKAR，BNplCcA（2-28）式中：BTK与BNK——弹簧切向和法向的刚度系数；N和T——法向和切向的修正系数；G——介质剪切模量；R——波源到边界结点的距离；lA——图1所示的结点l的影响面积；pc和sc——P波、SV波的波速；为介质密度。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高耸进水塔塔后回填高度对其抗震性能的影响[J]. 杨光,李守义,李浪,肖阳,张紫璇,杨勇. 水资源与水工程学报. 2019(06)
[2]陡倾阶梯式复合建基面上进水塔的抗滑稳定分析[J]. 郭金君,李守义,张岳,夏可,何冠洁,杨光. 水电能源科学. 2019(08)
[3]P波作用下跨断层隧道轴线地震响应分析[J]. 赵密,欧阳文龙,黄景琦,杜修力,赵旭. 岩土力学. 2019(09)
[4]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)
[5]基于ABAQUS无限元的静-动力统一人工边界研究[J]. 王飞,宋志强,刘昱杰,王建. 水资源与水工程学报. 2018(06)
[6]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)
[7]平面SV波斜入射下重力坝动力响应分析[J]. 孙奔博,胡良明,李仟. 水利水电技术. 2018(08)
[8]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)
[9]地震P波斜入射下入射角度对海底沉管隧道结构动力响应的影响[J]. 周鹏,崔杰,李亚东,欧阳志勇. 世界地震工程. 2016(03)
[10]考虑粘弹性人工边界的高耸进水塔结构地震动态响应分析[J]. 刘云贺,郑晓东,张小刚. 西安理工大学学报. 2016(02)
博士论文
[1]海底地震动特性及跨海桥梁地震反应分析[D]. 陈宝魁.大连理工大学 2016
[2]强震作用下高耸进水塔损伤破坏机理分析[D]. 郑晓东.西安理工大学 2016
硕士论文
[1]基于振型分解反应谱法的水电站进水口拦污栅墩结构抗震特性研究[D]. 李子民.西安理工大学 2019
[2]高拱坝表孔弧门支承结构静动力特性研究[D]. 王博.西安理工大学 2019
[3]高耸进水塔结构抗震分析及塔群动力响应研究[D]. 张岳.西安理工大学 2019
[4]考虑地形效应与地震波斜入射的高墩连续刚构桥动力响应研究[D]. 夏梅凯.江西理工大学 2018
[5]斜入射地震波作用下综合管廊的动力响应[D]. 屈健.哈尔滨工业大学 2017
[6]地震波斜入射下拱坝地震响应分析[D]. 余琳君.昆明理工大学 2017
[7]地震波斜入射条件下核安全壳的地震响应分析[D]. 孙建超.哈尔滨工业大学 2015
[8]地震波斜入射作用下埋地弯管的动力响应[D]. 张浩.哈尔滨工业大学 2015
[9]白鹤滩进水塔抗震数值分析及稳定性复核[D]. 张剑雯.大连理工大学 2015
[10]进水塔抗震数值计算及配筋设计[D]. 郑宏鸿.大连理工大学 2015
本文编号：3244952
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