大型預應力渡槽考慮流固耦合的動力特性分析.pdf

1、南水北調(diào)中、西線工程中，渡槽是一種重要的輸水建筑物，僅中線總干渠就有40多座，其流量、水深、水荷載、跨徑之大均居世界前列，且大部分位于高烈度（大于7度）高發(fā)地震區(qū)。渡槽水體集中在建筑物頂部，地震時巨大水體與槽體的耦合作用對其安全極為不利。近年來隨著這種大型渡槽的廣為應用，對考慮水體影響的渡槽在地震作用下的動力響應研究成為熱點課題。鑒于目前流-固耦合的非線性振動研究還限于二維情況，對此類大型空間結(jié)構(gòu)，建立三維條件下能夠考慮水體線性晃動的流

2、-固耦合三維動力模型，開展對大型多跨預應力渡槽的空間動力分析，研究其空間自振模態(tài)和地震時程響應，以及地震晃動水體與巨型槽身的動力耦合作用是十分必要的。這是本課題研究的第一個關(guān)鍵問題。
　　小型渡槽一般不需要采用預應力技術(shù)，有限的動水壓力和槽體應力改變不會影響渡槽的安全性，規(guī)范方法滿足要求。而大型渡槽多采用三維預應力結(jié)構(gòu)，大幅水體晃動作用將引起動水壓力和槽體應力的顯著改變，極大程度影響預應力鋼筋布置的合理性和有效性。對此大型三維預應

3、力渡槽及其新結(jié)構(gòu)型式，以往的渡槽設(shè)計理論落后于工程實踐的問題已經(jīng)很突出，迫切需要開展三維預應力結(jié)構(gòu)的動力特性研究以適應工程實際需求。這是本課題研究的第二個關(guān)鍵問題。
　　本文就上述兩關(guān)鍵問題開展了以下幾方面工作：(1)借鑒作用于剛性儲液容器上液動壓力的計算方法模擬地震影響下晃動水體對于渡槽槽身的作用力，建立基于Housner理論的大型預應力渡槽流-固耦合空間動力分析模型；(2)在此模型中，進行“渡槽槽體-晃動水體-三維預應力鋼絞線

4、”復雜動態(tài)結(jié)構(gòu)體系的模擬研究，提出了“整體模型分割化”的網(wǎng)格劃分思想：采用“彈簧質(zhì)子系統(tǒng)”模擬晃動水體，應用APDL編程實現(xiàn)預應力鋼絞線的精確模擬；(3)對此動力模型，編寫模態(tài)分析程序，計算了南水北調(diào)中線洺河渡槽四種工況下前10階模態(tài)以及槽內(nèi)水體、預應力鋼絞線對結(jié)構(gòu)動力特性的影響；(4)建立大型三維預應力渡槽結(jié)構(gòu)的流-固耦合地震反應分析路徑，計算了渡槽在同步激勵作用下的地震時程響應，并進行了地震荷載作用下的強度和剛度校驗。
　　實