基于性能的渡槽结构抗震性能分析方法研究

摘要

渡槽作为重要的输水建筑物在合理调度水资源、实现可持续发展中发挥着重要作用。然而长期以来，渡槽结构的抗震设计缺乏专门的规范，设计人员大多参照相应的公路桥梁规范进行设计。在渡槽抗震研究中，其上部水体对结构产生的影响不容忽视。 目前，渡槽内的水体简化的方法大体上分为两种，一为线性方法，如Westerguard附加质量、Housner模型。另一种为非线性方法，研究流体非线性晃动对渡槽影响，如边界元法、ALE型有限元法等。本文从流体和固体的基本运动方程出发，通过考虑流体—固体耦合界面的边界条件，推导二维情况下的槽身与水体的耦合有限元方程，并进一步推导附加质量法的一般公式，建立排架式渡槽结构、考虑流固耦合作用的简化计算模型。 基于当前较为流行的基于性能的设计思想，本文建立考虑流固耦合模型的排架式渡槽计算模型，对其进行Push-over分析，得到渡槽结构的基底剪力—槽墩顶点位移能力曲线，并同非线性时程分析的结果进行对比，讨论Push-over方法对于渡槽结构的适用性。 在Chopra提出的改进能力谱方法的基础上，本文采用Vidic提出的Rμ-μ-T模型，建立基于水工抗震规范设计反应谱的非弹性需求谱，并建立目标位移的求解程序。 目前对于渡槽结构的抗震能力评估，主要有经验分析法和规范验算校核法。由于上述方法对准确评价结构弹塑性抗震性能存在缺陷，本文参照桥梁结构的震害经验，给出槽墩构件的极限状态，并建立基于延性系数的破坏极限状态划分标准，并通过算例，在计算各级地震烈度下的目标位移的基础上，分析渡槽结构在各级地震烈度下的抗震性能。 最后，论文进行讨论，总结运用能力谱方法对渡槽结构进行流固耦合作用抗震能力分析的可行性，并明确了今后深入研究的方向。

目录

文摘

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第一章绪言

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.2.1渡槽结构抗震分析和研究状况

1.2.2基于性能的抗震设计的研究概况

1.3本文的研究内容

第二章流固耦合的基本理论及计算模型

2.1引言

2.2流固耦合的基本理论

2.2.1基本假定

2.2.2无粘小扰动流动的基本方程和表达形式

2.2.3流固耦合系统的有限元方程

2.3有限域内附加质量方法

2.3.1结构-水体动力相互作用方程

2.3.2 Westerguaard附加质量公式

2.4算例分析

2.5本章小结

第三章Push-over方法在渡槽抗震分析中的应用

3.1引言

3.2渡槽结构Push-over分析的基本步骤

3.2.1 Push-over分析的基本原理和基本假定

3.2.2等效单自由度体系的转换方法

3.2.3侧向力分布形式

3.2.4结构的恢复力模型

3.2.5 渡槽的Push-over的分析过程

3.3渡槽动力时程分析与Push-over能力曲线的算例比较

3.3.1算例介绍

3.3.2结构分析模型

3.3.3计算结果对比比较

3.4本章小结

第四章基于水工抗震规范的非弹性需求谱研究

4.1引言

4.2能力谱法与Rμ-μ-T关系

4.2.1 ATC-40能力谱方法

4.2.2改进的能力谱法

4.2.3等价原则与Rμ-μ-T关系

4.3非线性SDOF系统目标位移的确定

4.3.1结构能力曲线的简化

4.3.2基于ATC-40方法的SDOF系统目标位移的确定

4.3.2基于改进能力谱法的SDOF系统目标位移的确定

4.4基于规范反应谱的等延性需求谱的建立

4.4本章小结

第五章渡槽结构Push-over抗震性能评估

5.1引言

5.2渡槽结构的极限状态

5.2.1延性分析方法

5.2.2渡槽结构极限状态

5.3渡槽结构破坏等级划分

5.4算例分析

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1本文的工作总结

6.2未来工作展望

致谢

参考文献

个人简历