进水塔结构的抗震分析和稳定性研究

摘要

进水塔是一种体型结构、边界条件以及受力情况都比较复杂的水工建筑物，一般是采用钢筋混凝土薄壁空腹箱形结构，建在靠近岸边的水库中，顶部用工作桥与河岸连接，其外围四周皆承受水压力，因此进水塔在地震作用下的安全十分重要。水电站进水塔作为地下引水系统的首部结构，其抗震安全性关系到整个水电站的安全和效益。
　　由于其复杂的结构形式和边界条件，高烈度地震区岩基上进水塔结构的地基—塔体—塔背山体—水体的相互作用问题十分复杂。本文结合某进水塔工程实例，通过建立三维有限元计算模型，对该进水塔进行数值模拟计算，并进行了详细的自振特性、应力与变形分析。
　　主要内容如下:
　　(1)系统地介绍了进水塔结构分析的发展现状，结构静动力分析理论、有限元方法及理论，总结了进水塔的合理计算方法和应力分析的方法以及应力分布的一般规律。指明了各类荷载组合工况作用对进水塔塔体应力的各自贡献及其主次地位，为工程设计提供了可靠的计算结果。
　　(2)完成了对进水塔实体模型的建立及有限元离散化，计算了进水塔在静荷载作用下的整体位移、应力。
　　(3)综合考虑各种因素，动力方面完成了结构动力特性分析，讨论了进水塔整体结构自振特性的影响因素。动力反应分析中采用振型分解反应谱方法对进水塔进行了抗震计算，分析了进水塔在横河向、顺河向和竖向地震共同作用下的地震力，评价了该结构的抗震性能。并与静荷载作用下的计算结果叠加后对进水塔结构的抗震性能进行了评估。计算结果符合实际，说明对该进水塔的应力和变形的仿真模拟计算是成功的。
　　(4)对进水塔结构的抗滑稳定性、抗浮稳定性、抗倾覆承载能力、底板和基岩的承载能力极限状态进行了计算分析，计算结果满足要求，说明结构设计是合理和安全的。