考虑接触非线性下进水塔结构的动力分析研究

摘要

进水塔是一种结构、边界条件和受力情况比较复杂的水工建筑物，一般采用钢筋混凝土薄壁空腹式结构，建在靠近岸边的水库中，顶部用工作桥与河岸连接，工作桥用桥墩支撑，其塔外四周和塔内皆承受水压力，故进水塔在地震作用下的安全十分重要。以往对进水塔结构的抗震研究中，很少涉及塔体与其周围基础和塔后回填混凝土的相互作用，往往是将塔体与周围的山体当作整体处理，有的仅采用弹簧来模拟塔体周围结构的作用，这些方法都不能真实的反映出结构的相互作用。本文引入动态接触单元，采用非线性时程法进行数值仿真试验，对进水塔在地震作用下结构的应力应变规律进行了尝试性研究，主要研究成果如下:
　　本文系统的总结了现阶段进水塔结构抗震稳定性的分析方法，针对在实际地震荷载作用过程中，塔体与塔后回填混凝土的动力相互作用，考虑其薄弱位置处动态张开、闭合、滑移的真实行为，利用接触单元模拟此类塔体的抗震安全问题。本文以羊曲水电站进水塔为工程背景，对水电站进水塔结构与塔后回填混凝土的接触非线性问题进行了地震反应分析研究。接触非线性时程分析方法、线弹性时程分析方法和振型分解反应谱法研究结果表明，在考虑接触非线性后塔背与塔后回填混凝土受力薄弱位置处发生了一定程度的开裂，并且应力集中部位发生了明显的改变，这与理论上预期的效果吻合，可见此接触非线性方法能更加真实的反应出塔体在地震过程中的状态。研究成果对设计具有指导和参考作用。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 进水塔抗震研究背景与意义

1．2 进水塔抗震研究进展及现状

1．3 本文主要研究内容

2 进水塔结构的动力分析方法

2．1 结构动力学分析概述

2．2 动力方程分析方法

2．2．1 振型分解反应谱法

2．2．2 时程分析方法

2．3 阻尼对结构的影响

2．4 地震波的选取和输入

2．4．1 地震波的选取

2．4．2 人工合成地震波的方法

2．4．3 本文采用的地震波

3 进水塔动力非线性问题

3．1 引言

3．1．1 非线性分析的重要性

3．1．2 非线性的主要类型

3．2 接触问题综述

3．2．1 发展历史简介

3．2．2 数值模拟方法

3．3 接触的定义及类型

3．3．1 接触的定义

3．3．2 接触的类型

3．4 动接触理论

3．4．1 基本假定

3．4．2 接触状态的界定

3．4．3 接触界面条件

3．4．4 接触问题中的Hamilton原理

3．4．5 接触问题求解的一般过程

3．5 本章小结

4 水电站进水塔的动力时程分析

4．1 引言

4．2 羊曲简介

4．3 羊曲水电站进水塔基本资料

4．4 计算模型

4．4．1 分析区域

4．4．2 材料常数

4．4．3 网格划分

4．4．4 接触的设定

4．4．5 约束

4．4．6 荷载及工况

4．4．7 时程分析定义分析步

4．5 地震下进水塔结构的地震反应分析

4．5．1 地震反应谱分析

4．5．2 地震时程反应分析

4．6 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

附录