考慮流固耦合的兩種U形截面渡槽結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力分析.pdf

1、在過流能力、施工簡單、運(yùn)行管理方面，渡槽比涵洞、倒虹吸等輸水水工建筑物有明顯的優(yōu)點(diǎn)。因此，渡槽得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，是南水北調(diào)工程中重要的水工建筑物。由于它的重要性、運(yùn)行特點(diǎn)和所處的地區(qū)地震活動(dòng)頻繁性等因素，為了實(shí)現(xiàn)它的安全和經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)，我們必須探尋和發(fā)展符合渡槽受力特點(diǎn)的設(shè)計(jì)思想，即，使槽身成為同時(shí)具有擋水和承載能力的結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，渡槽截面形式的選擇就非常重要。在此背景下，在已有研究成果的基礎(chǔ)上，本文運(yùn)用大型有限元軟件ADIN

2、A，對沙河渡槽的兩種U 形截面渡槽（底部加厚和不加厚）從靜力計(jì)算、模態(tài)計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算三方面進(jìn)行了比較分析，得出了兩者在受力特性上的一些特點(diǎn)和區(qū)別，以供實(shí)際工程中運(yùn)用。其中動(dòng)力模型中考慮了流固耦合作用，采用勢流體單元對水體進(jìn)行模擬。主要工作大體上分為以下幾點(diǎn)：
　　 （1）根據(jù)論文分析任務(wù)的特點(diǎn)對渡槽有限元模型進(jìn)行理論上的研究和實(shí)踐上的嘗試；根據(jù)實(shí)際工程受力特點(diǎn)確定模型單元、邊界條件和受力條件等。（2）分別建立兩種U 形截面形式（

3、底部加厚和不加厚）渡槽的靜力計(jì)算模型，均考慮了三種工況：水深0.0(空槽）、水深0.5(半槽水深）和水深1.0(設(shè)計(jì)水深）。由于后兩種工況靜力結(jié)果的相似性和篇幅限制，文中只給出前兩種工況的結(jié)果。對兩者從渡槽槽身整體結(jié)構(gòu)和槽身特殊截面兩方面進(jìn)行靜力結(jié)果對比分析，得出了兩種U 形截面渡槽在靜力情況下位移和應(yīng)力的一些規(guī)律，如：底部加厚和不加厚兩種截面形式的渡槽結(jié)構(gòu)的豎向變形和應(yīng)力分布規(guī)律大致是相似的，但底部加厚截面渡槽在其底部加厚部分外側(cè)易出

4、現(xiàn)某軸向（例如橫向X）的拉應(yīng)力，而底部不加厚截面渡槽則一般是壓應(yīng)力；水深對兩截面渡槽的內(nèi)力分布規(guī)律基本沒什么影響，只是值大小不同；兩截面形式渡槽底部縱向鋼筋用量不同等。
　　 （3）分別建立兩種U 形截面形式渡槽的動(dòng)力特性計(jì)算模型，均考慮了三種工況：水深0.0，水深0.5和水深1.0(設(shè)計(jì)水深）。對兩者頻率和振型進(jìn)行了比較分析，從而得出兩截面槽身自身特有的一些性質(zhì)，如底部加厚截面渡槽的橫向剛度比底部不加厚截面渡槽的大，這個(gè)特性使

5、其能夠耐受較大水深水體的影響；另外，對其頻率和振型隨水深的變化規(guī)律也進(jìn)行了分析，得出了一些有益的結(jié)論，如兩截面形式渡槽其各自的各階頻率隨水深的增加基本均為逐步降低；不同水深對兩種U 形截面渡槽的影響均表現(xiàn)在左右兩槽橫向反向彎曲振動(dòng)上。
　　 （4）在以上分析的基礎(chǔ)上，分別建立兩種U 形截面形式渡槽的動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算模型，均考慮了三種工況：水深0.0，水深0.5和水深1.0(設(shè)計(jì)水深）。
　　 對兩種U 形截面渡槽槽身的一些關(guān)

6、鍵點(diǎn)和特殊路徑的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了對比分析，得出了兩者在地震荷載作用下的響應(yīng)特性，并對動(dòng)力特性分析中得出的一些結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證，例如：在橫向地震激勵(lì)下，兩截面渡槽橫向動(dòng)力響應(yīng)對水體深度的敏感程度是不同的；橫向剛度和槽體質(zhì)量差異對兩種截面形式槽體橫向位移的影響，哪個(gè)占主要地位隨水深變化而有所不同；
　　 底部加厚截面渡槽橫向抗震能力較底部不加厚截面渡槽強(qiáng)。
　　 最后，通過認(rèn)真分析和總結(jié)作者在以上工作中發(fā)現(xiàn)有意義的規(guī)律，提出了個(gè)