基于液體阻尼效應(yīng)的渡槽動(dòng)力響應(yīng)分析.pdf

1、我國水資源分布不均,主要呈現(xiàn)出南澇北旱的特點(diǎn),為緩解我國北方水資源嚴(yán)重短缺局面,啟動(dòng)了具有重大戰(zhàn)略性的南水北調(diào)工程。工程中修建40余座引水跨越山谷和江河的渡槽,將成為世界最大的引水渡槽,我國渡槽研究起步晚,發(fā)展緩慢,目前用于指導(dǎo)渡槽設(shè)計(jì)與施工的規(guī)范相對(duì)較少,這種新型結(jié)構(gòu)形式及其抗震問題的研究屬于學(xué)科前沿性課題。其中渡槽結(jié)構(gòu)與液體相互作用問題和大跨徑渡槽結(jié)構(gòu)地震動(dòng)輸入方式問題成為當(dāng)前研究的重點(diǎn),相關(guān)課題的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

2、本文主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)介紹了液體阻尼器基本工作原理,總結(jié)了研究液體阻尼效應(yīng)的三大分析模型及其計(jì)算方法:深水波理論模型、等效力學(xué)模型和淺水波理論模型,分析了不同模型的理論基礎(chǔ):深水波理論模型以流體勢流理論和連續(xù)性方程為基礎(chǔ),等效力學(xué)模型以結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ),淺水波理論模型以流體動(dòng)量方程為基礎(chǔ)?？紤]不同模型的特點(diǎn)和適用范圍,以及渡槽中液體的運(yùn)動(dòng)特征,選用深水波理論模型和等效力學(xué)模型作為本課題研究問題的方法。
　　(

3、2)在渡槽液體滿足基本假定的基礎(chǔ)上,建立了應(yīng)用于渡槽的深水波理論模型的流體控制方程,并給出相關(guān)參數(shù)的物理意義,基于 Newmark數(shù)值積分方法進(jìn)行流體控制方程的迭代求解,并采用APDL語言編寫子程序,最后通過一個(gè)例子驗(yàn)證了程序的正確性和精度;將渡槽中液體近似處理為“彈簧-質(zhì)量-阻尼器”體系,從結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)角度來推導(dǎo)彈簧剛度、質(zhì)量和阻尼等參數(shù),在ANSYS中彈簧和阻尼器采用COMBIN14單元模擬,質(zhì)量采用MASS21單元模擬。
　　

4、(3)以南水北調(diào)中線某渡槽為研究對(duì)象,結(jié)合渡槽結(jié)構(gòu)板殼特性,建立三維有限元模型。在渡槽結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析時(shí),考慮了預(yù)應(yīng)力和動(dòng)水壓力的影響,結(jié)果表明有水工況較無水工況自振頻率有所減小,考慮動(dòng)水壓力對(duì)結(jié)構(gòu)高階自振頻率的影響較小,對(duì)結(jié)構(gòu)前十階振型影響較小。在渡槽結(jié)構(gòu)動(dòng)力時(shí)程分析時(shí),考慮了瑞利阻尼,采用連續(xù)求解法考慮自重的影響,采用深水波理論模型和等效力學(xué)模型考慮液體晃動(dòng)阻尼效應(yīng),并與附加質(zhì)量模型進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明,在橫向地震荷載作用下,考慮

5、液體晃動(dòng)阻尼效應(yīng)時(shí)結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力響應(yīng)峰值較附加質(zhì)量模型計(jì)算結(jié)果要小,橫向位移減小了10％～20％。采用附加質(zhì)量法在一定程度上夸大了結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng),是偏于安全的。
　　(4)在地震行波效應(yīng)問題中,采用支座大質(zhì)量法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)地震輸入,在ANSYS中支座大質(zhì)量采用MASS21單元模擬,利用APDL語言編寫邊界節(jié)點(diǎn)地震波數(shù)據(jù)修正與輸入程序,采用等效力學(xué)模型考慮渡槽中液體的晃動(dòng)阻尼效應(yīng),采用沿縱向傳播的剪切波作為激勵(lì)波。結(jié)果表明,考慮行波效