基于液體阻尼效應的渡槽動力響應分析.pdf

1、我國水資源分布不均,主要呈現(xiàn)出南澇北旱的特點,為緩解我國北方水資源嚴重短缺局面,啟動了具有重大戰(zhàn)略性的南水北調工程。工程中修建40余座引水跨越山谷和江河的渡槽,將成為世界最大的引水渡槽,我國渡槽研究起步晚,發(fā)展緩慢,目前用于指導渡槽設計與施工的規(guī)范相對較少,這種新型結構形式及其抗震問題的研究屬于學科前沿性課題。其中渡槽結構與液體相互作用問題和大跨徑渡槽結構地震動輸入方式問題成為當前研究的重點,相關課題的研究具有重要的理論意義和實用價值。

2、本文主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)介紹了液體阻尼器基本工作原理,總結了研究液體阻尼效應的三大分析模型及其計算方法:深水波理論模型、等效力學模型和淺水波理論模型,分析了不同模型的理論基礎:深水波理論模型以流體勢流理論和連續(xù)性方程為基礎,等效力學模型以結構動力學理論為基礎,淺水波理論模型以流體動量方程為基礎?？紤]不同模型的特點和適用范圍,以及渡槽中液體的運動特征,選用深水波理論模型和等效力學模型作為本課題研究問題的方法。
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3、2)在渡槽液體滿足基本假定的基礎上,建立了應用于渡槽的深水波理論模型的流體控制方程,并給出相關參數(shù)的物理意義,基于 Newmark數(shù)值積分方法進行流體控制方程的迭代求解,并采用APDL語言編寫子程序,最后通過一個例子驗證了程序的正確性和精度;將渡槽中液體近似處理為“彈簧-質量-阻尼器”體系,從結構動力學角度來推導彈簧剛度、質量和阻尼等參數(shù),在ANSYS中彈簧和阻尼器采用COMBIN14單元模擬,質量采用MASS21單元模擬。
　　

4、(3)以南水北調中線某渡槽為研究對象,結合渡槽結構板殼特性,建立三維有限元模型。在渡槽結構動力特性分析時,考慮了預應力和動水壓力的影響,結果表明有水工況較無水工況自振頻率有所減小,考慮動水壓力對結構高階自振頻率的影響較小,對結構前十階振型影響較小。在渡槽結構動力時程分析時,考慮了瑞利阻尼,采用連續(xù)求解法考慮自重的影響,采用深水波理論模型和等效力學模型考慮液體晃動阻尼效應,并與附加質量模型進行對比分析,結果表明,在橫向地震荷載作用下,考慮

5、液體晃動阻尼效應時結構的位移和應力響應峰值較附加質量模型計算結果要小,橫向位移減小了10％～20％。采用附加質量法在一定程度上夸大了結構的地震響應,是偏于安全的。
　　(4)在地震行波效應問題中,采用支座大質量法實現(xiàn)多點地震輸入,在ANSYS中支座大質量采用MASS21單元模擬,利用APDL語言編寫邊界節(jié)點地震波數(shù)據(jù)修正與輸入程序,采用等效力學模型考慮渡槽中液體的晃動阻尼效應,采用沿縱向傳播的剪切波作為激勵波。結果表明,考慮行波效