渡槽减隔震设计中槽-水耦合体动力特性研究

摘要

随着南水北调工程的全面建设，将会兴建一批跨越河流，道路，山谷的架空输水建筑物-大型渡槽，仅中线工程总干渠中就有数十座，且大部分位于地震烈度为7度或7度以上的地区。因此提高作为生命线工程的渡槽的抗震设计已成为渡槽设计中不可缺少的部分，地震作用直接影响着其结构的安全可靠性。自1972年J.T.p.Yao提出土木工程振动控制的概念后，结构振动控制已成为结构抗震领域热点课题之一，实现了由“抗”到“控”结构抗震设计观念的重大转变，但国内减隔震技术在渡槽上应用还很少，相关的隔震理论的研究较少，不系统。因此，渡槽的减隔震研究是南水北调工程中结构抗震研究重要的一环。 渡槽显著特点是其水槽内巨大水体，如果在渡槽的减隔震设计中加入减隔震支座，会较容易出现槽中水体大幅晃动的情况。而在减隔震设计最初的概念设计阶段，需要通过掌握结构动力特性，预设隔震周期及其它控制参数。因此，在渡槽的减隔震设计中，需要了解槽-水耦合体动力特性。本文为了易于观察槽-水耦合体非线性动力响应，采用水平简谐荷载作为激振荷载，分别针对振幅和频比展开对槽．水耦合体动力特性影响分析。本文主要完成了以下一些工作内容： (1)运用通用有限元软件ADINA建立模型与Nakayama等人实验结果和Hakan AKYILDIZ等人的研究成果进行校核。 (2)建立水平简谐荷载激励下槽-水耦合体动力计算模型，分别针对振幅和频比展开对槽-水耦合体动力特性影响分析。总结水体自由液面波高，动水压力，槽体倾覆力和倾覆力矩与外加激励振幅和频率的关系。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究意义与背景

1.2问题的研究进展及现状

1.2.1流固耦合

1.2.2水体大幅晃动

1.3本文主要研究工作

第2章二维流体—固体动力耦合数值计算模型

2.1流固耦合综述

2.1.1流固耦合问题定义

2.1.2流体、固体数值处理方法

2.2 CFD总体计算流程

2.2.1粘性流体的纳维-斯托克斯(Navier-Stokes)方程

2.2.2有限体积法的基本思想

2.2.3网格更新与ALE

2.2.4边界条件

2.2.5收敛标准

2.3小结

第3章模型校核与特征分析

3.1计算模型的建立

3.2模型的校合

3.2.1自由液面波高校合

3.2.2槽体倾覆力、倾覆力矩特性分析

3.2.3水平简谐荷载激振下水体速度矢量分布特征分析

3.3本章小结

第4章水平激励下槽—水耦合体的动力特性分析

4.1水平简谐位移荷载振幅对槽—水耦合体动力特性影响分析

4.1.1激励幅值的改变对波高的影响

4.1.2大幅晃动对槽内水体振动周期的影响

4.1.3激励幅值幅度改变对动水压力的影响

4.1.4激励幅值的改变对倾覆力矩的影响

4.1.5激励幅值的改变对倾覆力的影响

4.2水平简谐位移荷载耦合频率对槽—水耦合体动力特性的影响

4.2.1频比的改变对波高的影响

4.2.2频比对动水压力的影响：

4.2.3频比对倾覆力矩的影响：

4.2.4频比对倾覆力的影响：

4.3线弹性体系和非线性体系特征分析

4.3.1线弹性体系计算公式：

4.3.2线弹性体系和非线性体系下激励振幅对槽-水耦合体动力响应特征比较

4.3.3线弹性体系和非线性体系下激励频率对槽-水耦合体动力响应特征比较

4.4本章小结

第5章结论与展望

5.1本文的研究成果及主要结论

5.2研究展望

致谢

参考文献