考虑流固耦合的大型渡槽横向动力分析

渡槽槽身是一种薄壁构件,在建立其动力分析模型时除应考虑渡槽槽身横向、竖向、纵向以及自由扭转变形外,还应考虑渡槽薄壁结构约束扭转变形以及槽内有水时水体对槽身的流-固动力相互作用.为此,依据符拉索夫及豪斯纳尔理论建立了考虑槽内水体与槽身动力相互作用的渡槽薄壁结构横向动力分析模型,由能量变分原理推导给出渡槽薄壁梁段单元刚度矩阵及质量矩阵表达式,通过数值算例验证了该模型的正确性;利用该模型对某大型渡槽进行了多种工况的频率计算,计算结果表明该大型渡槽在无水和设计水位时,其振动频率有所变化.该模型计算简单,是考虑渡槽槽内水体横向流-固动力相互作用的实用动力分析模型.     

大型渡槽结构考虑流固耦合的动力建模研究

该文依据符拉索夫（Volasov）和豪斯纳尔（Housner）理论建立考虑槽内水体与槽身动力相互作用以及槽身剪力滞后影响的渡槽薄壁结构横向动力分析模型,由能量变分原理推导出渡槽薄壁梁段单元刚度矩阵及质量矩阵表达式,通过数值算例验证了该模型的正确性;利用该模型对某大型渡槽进行了多种工况的频率计算,结果表明：大型渡槽在无水和设计水位时的振动频率有所变化;该文模型是考虑渡槽槽内水体横向流固动力相互作用的实用动力分析模型。     

排架渡槽-水流固耦合体隔震分析

以排架渡槽为研究对象,建立3维渡槽-水流固耦合体计算模型,设置板式橡胶隔震支座,通过Mooney-Rivlin应变能密度函数模型模拟橡胶材料的本构,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体间的耦合动力作用问题,针对不同水深工况,计算分析渡槽-水流固耦合体自振频率以及在地震作用下的位移、应力和水体晃动波高。研究结果表明:渡槽横槽方向为结构刚度最小方向,隔震支座的设置降低了渡槽结构的刚度,延长结构的自振周期;在地震作用下,槽体与水体间的流固耦合作用使得槽身内壁两侧的应力较大;隔震支座的设置增大渡槽结构的位移响应以及槽内水体晃动的幅度,但有效降低渡槽各部位的应力响应,提高渡槽结构的抗震性能。     

强震作用下渡槽TLD 效应模型试验研究

通过对矩形截面渡槽的单跨模型进行动力试验研究,探讨了渡槽在刚性地基强震条件下的调谐液体阻尼器(TLD)效应;通过调节槽内水位,研究了水体横向减震作用与深宽比的关系。试验结果表明,水体的晃动及水波破碎对渡槽的横向动力响应起到了 TLD 减震作用。渡槽内水位增加会改变结构的动力特性,使渡槽结构自振频率下降。在强震作用下,TLD 横向减震效果随水位变化发生波动,当槽内水体晃动频率与渡槽结构自振频率接近时,减震作用最为显著。     

考虑流固耦合作用的承船厢结构自振特性分析

升船机承船厢在工作时,为避免发生流激振动现象,需探究水体流动性对系统自振特性的影响,通过应用三种不同方法考虑厢内水体与船厢结构的流固耦合作用,进行多种模型下承船厢自振特性的对比分析,了解承船厢结构在考虑流固耦合作用下动力特性的变化规律.结果表明:承船厢结构低阶振型对应的自振频率与水流脉动频率均有重合,在船舶进出船厢前的充泄水流的激励下有可能引发结构的整体振动.此结果可为承船厢结构的自振特性分析提供参考.     

附加质量模型在渡槽抗震计算中的适用性研究

针对南水北调中线某大型渡槽结构,分别基于流固耦合理论和附加质量方法建立了数值分析模型,对其自振频率和地震响应进行了分析。结果表明,两种模型的自振频率比较接近;附加质量模型的地震响应要大于流固耦合模型。因此,在渡槽抗震研究中,采用较简单的附加质量模型代替复杂的流固耦合模型考虑水体的影响是偏于安全的,适用于渡槽结构抗震的定性分析。     

南水北调工程洺河渡槽耦合动力分析

在合理模拟临跨的静态荷载以及质量影响的基础上.采用三维有限元对南水北调工程洺河大型渡槽典型槽段单跨渡槽进行结构地震动力分析.对于影响渡槽结构动力响应的盆式支座、槽内水体与结构的流固耦合作用以及桩基-土体的动力相互作用,参照相关规范的原则和相关研究成果,在尽可能反映其实际影响和合理简化的基础上进行模拟,研究了结构自振特性、结构各部位的动力位移、应力以及内力响应.计算结果表明:采用不同水体模拟方法和不同计算分析方法得到的动力响应规律是一致的,动力响应值比较接近.     

南水北调工程氵名河渡槽耦合动力分析

在合理模拟临跨的静态荷载以及质量影响的基础上,采用三维有限元对南水北调工程氵名河大型渡槽典型槽段单跨渡槽进行结构地震动力分析.对于影响渡槽结构动力响应的盆式支座、槽内水体与结构的流固耦合作用以及桩基-土体的动力相互作用,参照相关规范的原则和相关研究成果,在尽可能反映其实际影响和合理简化的基础上进行模拟,研究了结构自振特性、结构各部位的动力位移、应力以及内力响应.计算结果表明:采用不同水体模拟方法和不同计算分析方法得到的动力响应规律是一致的,动力响应值比较接近.     

南水北调工程洛河渡槽耦合动力分析

在合理模拟临跨的静态荷载以及质量影响的基础上，采用三维有限元对南水北调工程沼河大型渡槽典型槽段单跨渡槽进行结构地震动力分析，对于影响渡槽结构动力响应的盆式支座、槽内水体与结构的流固耦合作用以及桩基-土体的动力相互作用，参照相关规范的原则和相关研究成果，在尽可能反映其实际影响和合理简化的基础上进行模拟，研究了结构自振特性、结构各部位的动力位移、应力以及内力响应。计算结果表明：采用不同水体模拟方法和不同计算分析方法得到的动力响应规律是一致的，动力响应值比较接近。     

基于有限条法考虑流体作用下大型渡槽槽身结构的动力特性

在已有的有限条法计算渡槽结构动力特性的基础上,采用附加质量法来计算考虑流体的动水作用下渡槽的动力特性,分3种工况计算.结果表明,随着槽内水深的不同,槽身的自振频率会发生显著的变化.为采用有限条法来计算渡槽结构在流体作用下的动力效应提供了一定的参考作用。     

基于ANSYS的弧面三角闸门自振特性研究

水工闸门设计时需考虑闸门整体的自振频率,避免水流脉动作用使闸门产生强烈共振.本文以某船闸弧面三角闸门的动力学问题为背景,重点分析流固耦合效应对闸门整体结构自振特性的影响,并基于有限元分析软件ANSYS建立弧面三角闸门的数值分析模型,计算出闸门在不同门前水体宽度和高度下的自振频率和振型.结果表明,水体产生的流场对闸门自振特性有显著影响.     

渡槽支撑排架结构动力分析

针对扶风县官务水库灌溉干渠1号渡槽支撑排架动力稳定问题,采用拟静力法、振型分析反应谱法、有限元法对空槽和设计水位工况进行了动力分析,通过分析比较以上3种方法的静动效应叠加结果可知,1)排架在地震荷载作用下,动力响应底部最大,腰部次之,顶部最小;2)结构第一、二振型主要表现为水平振动;第三、四振型为竖直振动;第一振型的引起的地震响应最大,其他振型的贡献率较小;3)利用振型分解反应谱法对排架结构进行抗震分析得到的结果,与相同工况下商业软件的有限元结果一致性较好,而拟静力法结果明显大于反应谱振型分解法和有限元法结果;4)渡槽无水时各阶振动周期较小,而槽体充水后,各阶自振周期明显增大,这说明水体对结构的自振特性的影响较大。     

超宽加劲梁自锚式悬索桥动力特性敏感性分析

为研究超宽混凝土加劲梁自锚式悬索桥动力特性对周边环境的敏感性,采用非线性有限元与子空间迭代相结合的方法,分析恒载集度、环境温度及支座沉降等作用对该类桥梁动力特性的影响.结果表明,成桥状态下结构基频为0.674 Hz,竖向振型起主导作用,但由于加劲梁纵向约束较大,纵飘振型出现较晚;而超宽截面影响结构扭转刚度,扭转振型出现较早,且前若干阶振型出现振型耦合,分析中应考虑加劲梁超宽对自身受力行为的影响.结构自振频率对恒载集度的变化较为敏感,对支座沉降的敏感度则较低;加劲梁竖弯频率对温度变化较为敏感,横向振动相关频率对温度变化敏感度较低.建议在对结构进行动力特性现场试验时,应充分考虑结构恒载集度和环境温度对测试结果的影响.     

考虑土-结构相互作用渡槽流固耦合体风振响应分析

以排架渡槽为研究对象,分别建立考虑土-结构相互作用(SSI)效应和不考虑土-结构相互作用(SSI)效应下的三维渡槽-水流固耦合体风振计算模型,通过自回归滑动平均(ARMA)模型模拟脉动风,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体的耦合相互作用问题,针对不同水深工况,分别计算分析渡槽流固耦合体系在风荷载随机动力作用下的动力响应。研究结果表明:考虑SSI效应使得渡槽结构横槽向抗风刚度降低,导致结构风振位移响应增大;渡槽结构各部位最大主应力随槽内水深增大而增大,考虑SSI效应渡槽结构主应力稍大于不考虑SSI效应渡槽结构主应力;在脉动风荷载作用下,水深是决定渡槽倾覆力矩和动水压力的控制因素,土-结构作用的影响较小。     

大型渡槽-水耦合体系动力特性分析

以梁式渡槽为工程背景，采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法分析大型矩形、U形截面渡槽结构-水耦合体的动力特性，针对不同的水深研究渡槽结构在谐波激励、地震激励下的振动反应及水体对渡槽槽身的作用．研究结果表明，渡槽结构中水体的晃动具有明显的非线性特征，在一定的外激励下水体的晃动作用十分显著，水体晃动产生的动水压力将改变渡槽槽体中的应力分布，但是在渡槽结构截面深宽比合理的情况下，渡槽槽体不会发生横向失稳．对比矩形、U形渡槽-水耦合体系的动力特性可以发现，U形渡槽中水体的晃动幅度一般大于矩形渡槽中水体的晃动幅度，这对高排架渡槽结构的性能有显著影响，在渡槽抗震设计中应给予足够重视．     

U形渡槽三维流固耦合体风振响应分析

以排架U形渡槽为研究对象,建立三维流固耦合模型,通过自回归滑动平均（ARMA）模型模拟的脉动风,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法分析了U形渡槽风振动力响应.结果表明:在风荷载作用下,水体与槽壁的动力相互作用是一种复杂的非线性过程;槽内水体晃动产生的动水压力很小,但水体的存在增大了槽体的横向位移;由于水体和槽壁间的耦...     

大型拱式U型薄壳渡槽结构的模态分析

采用三维有限元方法对拱式U型渡槽结构进行了模态分析，包括空槽、3.5m水深（出于研究目的而采用的参数）、设计水深和满槽水深等工况。分析了流固耦合的渡槽结构的基本动力性能和水体对渡槽结构的影响，为渡槽结构的抗震设计提出了建议。     

渡槽整体结构环境激励模态试验

为获得渡槽整体结构动力特性,开展单向SIMO法、双向MIMO法环境激励模态试验,选用增强频域分解法识别纵向、横向、竖向、横竖双向模态参数。结果表明:2种方法识别出的模态大多数谱峰明显、识别效果较好;纵向模态以排架结构振动为主,槽身整体平动或转动或不动;前4阶横向模态以排架结构振动为主,槽身整体平动或转动或横摇,第5阶模态后,绝大多数以槽身振动为主,排架几乎不动或振动幅度很小;竖向模态以槽身振动为主;横竖双向MIMO法识别出的模态同时包含横向、竖向模态分量;2种方法识别出的模态频率误差较小;从模态识别准确性、信息全面性而言,渡槽整体结构环境激励模态试验选择双向MIMO法优于单向SIMO法。     

渡槽地震动水压力及表达式数值研究

基于流固耦合动力分析理论,采用数值模拟方法,对输入波形式、上部结构槽数及下部排架高度等若干渡槽设计因素进行数值计算分析,研究地震激励下渡槽动水压力特性。结果表明:单、多槽侧壁动水压力分布规律基本相同,多槽中壁动水压力数值约为侧壁的2倍。传统渡槽抗震计算采用Westergaard动水压力修正解析解,但其仅考虑单槽槽身结构,而数值计算结果表明排架高度对渡槽动水压力影响较大;基于常用排架渡槽有限元模型数值计算,拟合出包含下部排架高度参数的动水压力公式,可供渡槽抗震设计参考。     

矩形渡槽流固耦合体系风致的动力性能

以排架矩形渡槽为研究对象,建立三维渡槽水流固耦合计算模型,通过自回归滑动平均(ARMA)模型模拟脉动风,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体的耦合相互作用问题,针对不同水深工况、不同渡槽截面高宽比,计算分析渡槽流固耦合体系在风荷载随机动力作用下的横向位移、倾覆力矩及动水压力.研究结果表明:不同高宽比的渡槽随着槽内水深的变化,其流固耦合体系风致动力性能的变化规律性相近;在等流量水深工况下,截面高宽比的变化对渡槽结构的振动和稳定性有显著影响,在渡槽抗风设计中应予以重视.