海啸对结构作用分析与工程防控方法研究

发布时间：2017-12-15 21:29

  本文关键词：海啸对结构作用分析与工程防控方法研究

  更多相关文章： 海啸灾害 数值模拟 波浪冲击力 钢筋混凝土框架 有限元分析 工程防控方法

【摘要】：海啸是沿海地区最严重的自然灾害之一,海啸的发生主要是由海底大规模的剧烈上下运动扰动上部海水而形成。海啸波浪是一种三维波动现象,蕴含着巨大的能量,海啸波浪的潮头具有非常强的湍流强度、旋度以及冲击力,对沿岸建筑结构产生巨大的冲击作用,是造成结构破坏与损伤的直接原因。本文基于流体动力学计算原理,采用VOF法捕捉海啸波浪自由界面的运动,以RNG k-?模型描述湍流在海啸涌潮内的能量消散机制,建立海啸涌潮溃坝试验冲击结构的三维波浪数值模型并对模型的有效性进行验证,讨论影响单个结构构件承受海啸波浪冲击作用力的因素。分析表明:单个构件迎水面截面宽度对构件承受的波浪水平冲击力起控制作用,随着截面宽度的增加构件承受的水平冲击力呈线性增加,而改变构件沿水流方向截面长度对构件承受的水平冲击力影响很小。因此,在结构抗海啸设计中可适当增加结构构件平行于海啸波浪方向的截面长度,即增强了结构的在该方向的抗侧刚度,又未增加结构所承受的海啸波浪作用力。本文基于FLOW-3D软件建立某四层足尺钢筋混凝土框架结构在遭受海啸波浪冲击作用下的三维数值模型,分析海啸波浪对该框架结构的冲击作用力与相互作用过程。通过数值模拟得到作用在结构上的海啸波浪水平冲击力时程曲线,由时程曲线可知随着海啸浪高的增加,结构所受海啸水平冲击力作用逐渐增大。应用ANSYS软件对海啸波浪作用下的结构进行非线性有限元静力分析。分析结果表明,在海啸波浪作用下,结构呈现弯剪型变形,且随着海啸浪高的增大,结构变形逐渐变大。基于ANSYS软件建立框架结构模态分析的有限元模型,分析得到结构的前八阶自振频率与振型并对该框架结构进行海啸波浪冲击作用下的结构瞬态动力响应分析,明确海啸波浪冲击对结构的动力放大系数为1.2,为结构抗海啸冲击设计提供参考。建立某沿海建筑三维海啸波浪数值模型,对影响建筑物承受海啸波浪冲击的因素进行模拟分析。分析结果表明:迎水墙开洞率的增加、基础的提升以及设置海堤墙均能降低建筑结构承受的海啸波浪冲击力。进行不同层数的钢筋混凝土框架结构抗海啸荷载设计算例分析,并提出结构抗海啸灾害的工程防控方法。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P731.25;TU352

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 景旭斌;王欢欢;王洪良;金先龙;;海啸作用下漂浮物行为及对陆上建筑作用力研究[J];振动与冲击;2013年21期

2 侯京明;李涛;范婷婷;闪迪;;全球海啸灾害事件统计及预警系统简述[J];海洋预报;2013年04期

3 彭利;欧进萍;;沿海建筑物地震与海啸损失估计[J];土木工程学报;2013年S1期

4 黄信;黄兆纬;胡雪瀛;蔡浩良;齐麟;刘涛;;地震海啸作用对近海深水桥梁结构动力响应的影响[J];特种结构;2012年06期

5 刘玉卿;陈孝建;杨树耕;汪睿;刘小燕;;提高ANSYS中BEAM188梁单元计算精度的方法[J];石油矿场机械;2012年04期

6 中日联合考察团;周福霖;崔鸿超;安部重孝;吕西林;孙玉平;李振宝;李爱群;冯德民;李英民;薛松涛;包联进;;东日本大地震灾害考察报告[J];建筑结构;2012年04期

7 王培涛;于福江;赵联大;刘秋兴;;越洋海啸的数值模拟及其对我国的影响分析[J];海洋学报(中文版);2012年02期

8 冯军;;我国地震海啸的特点与构造背景[J];中国应急救援;2011年03期

9 温瑞智;任叶飞;李小军;;日本M_W9.0级地震海啸数值模拟与启示[J];国际地震动态;2011年04期

10 梁修锋;杨建民;李俊;肖龙飞;李欣;;面向海洋工程应用的数值波浪水池[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2011年02期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 吴可训;叶献国;武士军;;钢筋混凝土非线性有限元及ANSYS中混凝土本构关系研究[A];第十三届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）[C];2004年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 赵曦;海啸波生成、传播与爬高的数值模拟[D];上海交通大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 相昌盛;三维数值波浪水槽的构建及其应用研究[D];中国海洋大学;2013年

2 张婷;波浪的三维数值模拟及其应用[D];天津大学;2009年

3 徐少鲲;基于开源软件OpenFOAM的数值波浪水槽建立及应用[D];天津大学;2008年

4 任叶飞;基于数值模拟的我国地震海啸危险性分析研究[D];中国地震局工程力学研究所;2008年

，

本文编号：1293495