大型預(yù)應(yīng)力渡槽考慮流固耦合的動(dòng)力特性分析.pdf

1、南水北調(diào)中、西線(xiàn)工程中，渡槽是一種重要的輸水建筑物，僅中線(xiàn)總干渠就有40多座，其流量、水深、水荷載、跨徑之大均居世界前列，且大部分位于高烈度（大于7度）高發(fā)地震區(qū)。渡槽水體集中在建筑物頂部，地震時(shí)巨大水體與槽體的耦合作用對(duì)其安全極為不利。近年來(lái)隨著這種大型渡槽的廣為應(yīng)用，對(duì)考慮水體影響的渡槽在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)研究成為熱點(diǎn)課題。鑒于目前流-固耦合的非線(xiàn)性振動(dòng)研究還限于二維情況，對(duì)此類(lèi)大型空間結(jié)構(gòu)，建立三維條件下能夠考慮水體線(xiàn)性晃動(dòng)的流

2、-固耦合三維動(dòng)力模型，開(kāi)展對(duì)大型多跨預(yù)應(yīng)力渡槽的空間動(dòng)力分析，研究其空間自振模態(tài)和地震時(shí)程響應(yīng)，以及地震晃動(dòng)水體與巨型槽身的動(dòng)力耦合作用是十分必要的。這是本課題研究的第一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
　　小型渡槽一般不需要采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，有限的動(dòng)水壓力和槽體應(yīng)力改變不會(huì)影響渡槽的安全性，規(guī)范方法滿(mǎn)足要求。而大型渡槽多采用三維預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，大幅水體晃動(dòng)作用將引起動(dòng)水壓力和槽體應(yīng)力的顯著改變，極大程度影響預(yù)應(yīng)力鋼筋布置的合理性和有效性。對(duì)此大型三維預(yù)應(yīng)

3、力渡槽及其新結(jié)構(gòu)型式，以往的渡槽設(shè)計(jì)理論落后于工程實(shí)踐的問(wèn)題已經(jīng)很突出，迫切需要開(kāi)展三維預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性研究以適應(yīng)工程實(shí)際需求。這是本課題研究的第二個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
　　本文就上述兩關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展了以下幾方面工作：(1)借鑒作用于剛性?xún)?chǔ)液容器上液動(dòng)壓力的計(jì)算方法模擬地震影響下晃動(dòng)水體對(duì)于渡槽槽身的作用力，建立基于Housner理論的大型預(yù)應(yīng)力渡槽流-固耦合空間動(dòng)力分析模型；(2)在此模型中，進(jìn)行“渡槽槽體-晃動(dòng)水體-三維預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)

4、”復(fù)雜動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)體系的模擬研究，提出了“整體模型分割化”的網(wǎng)格劃分思想：采用“彈簧質(zhì)子系統(tǒng)”模擬晃動(dòng)水體，應(yīng)用APDL編程實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的精確模擬；(3)對(duì)此動(dòng)力模型，編寫(xiě)模態(tài)分析程序，計(jì)算了南水北調(diào)中線(xiàn)洺河渡槽四種工況下前10階模態(tài)以及槽內(nèi)水體、預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響；(4)建立大型三維預(yù)應(yīng)力渡槽結(jié)構(gòu)的流-固耦合地震反應(yīng)分析路徑，計(jì)算了渡槽在同步激勵(lì)作用下的地震時(shí)程響應(yīng)，并進(jìn)行了地震荷載作用下的強(qiáng)度和剛度校驗(yàn)。
　　實(shí)