大型渡槽抗震的關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、大型渡槽的抗震問(wèn)題是極為復(fù)雜的，涉及流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、巖土工程學(xué)、地震工程學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域交叉的重要研究課題。存在渡槽內(nèi)的大質(zhì)量水體與槽體動(dòng)力相互作用;大直徑樁體的群樁與土的動(dòng)力相互作用;渡槽支撐樁柱受河床水流的繞流影響載荷問(wèn)題;渡槽結(jié)構(gòu)的隔、減震技術(shù)的有效性;大跨度的渡槽結(jié)構(gòu)的行波效應(yīng)等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)難點(diǎn)。由于問(wèn)題的復(fù)雜性，研究現(xiàn)狀還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)生產(chǎn)要求。隨著跨流域調(diào)水工程的不斷擴(kuò)大，大型渡槽的抗震安全成為不可回避、亟待解決的

2、重要問(wèn)題。深入開(kāi)展這一問(wèn)題的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文重點(diǎn)進(jìn)行了大型渡槽抗震的前三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題研究。探討了不可壓縮粘性流體與固體的三維動(dòng)力耦合問(wèn)題，分析了流體、固體在接觸面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，首次將能夠反映流、固域動(dòng)力相互作用機(jī)理的無(wú)限接觸點(diǎn)對(duì)的瞬態(tài)接觸內(nèi)力作為待定變量，并應(yīng)用Lagrange乘子法構(gòu)造了流、固體域耦合的統(tǒng)一功率泛函，為建立真正意義上的動(dòng)力耦合分析提供了理論基礎(chǔ)。對(duì)流固耦合系統(tǒng)進(jìn)行離散化處理，推導(dǎo)了其有限元控制方程

3、，并給出了相應(yīng)的動(dòng)力積分方法，通過(guò)經(jīng)典實(shí)例驗(yàn)證了其正確性。
　　以南水北調(diào)中線穿黃薄腹梁渡槽結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，采用本文建立的三維流固耦合模型進(jìn)行了靜、動(dòng)力分析，并與實(shí)際工程中采用的附加質(zhì)量法的分析成果進(jìn)行了比對(duì)，結(jié)果表明，兩種方法給出的應(yīng)力和位移具有近似的變化規(guī)律，只是后者在數(shù)值上略大于前者，在實(shí)際應(yīng)用中可以忽略不計(jì)，這表明附加質(zhì)量法用于大型渡槽的抗震設(shè)計(jì)是合理可行的，同時(shí)也說(shuō)明了本文流固耦合分析方法的正確性。
　　渡槽支撐樁

4、柱受河床水流的繞流影響載荷問(wèn)題，也是渡槽抗震問(wèn)題中必須不能忽視的問(wèn)題。本文對(duì)中線穿黃U形渡槽方案樁柱群繞流振動(dòng)載荷問(wèn)題進(jìn)行了初步的研究，表明在高超雷諾數(shù)區(qū)，由于湍流邊界層導(dǎo)致分離滯后，尾流區(qū)變窄，前柱尾流對(duì)后柱的影響變?nèi)?，各柱間振動(dòng)頻率相差不大。
　　另外本文對(duì)大型渡槽群樁基礎(chǔ)的動(dòng)力相互作用問(wèn)題進(jìn)行了探討，建立了樁與土動(dòng)力相互作用的非線性有限元模型，并以中線穿黃U形渡槽方案為研究對(duì)象，對(duì)已采用m法確定彈簧剛度的梁桿模型處理樁基礎(chǔ)的