考慮流固耦合的兩種U形截面渡槽結構靜動力分析.pdf

1、在過流能力、施工簡單、運行管理方面，渡槽比涵洞、倒虹吸等輸水水工建筑物有明顯的優(yōu)點。因此，渡槽得到了相當廣泛的應用，是南水北調工程中重要的水工建筑物。由于它的重要性、運行特點和所處的地區(qū)地震活動頻繁性等因素，為了實現(xiàn)它的安全和經濟的最優(yōu)，我們必須探尋和發(fā)展符合渡槽受力特點的設計思想，即，使槽身成為同時具有擋水和承載能力的結構。為了實現(xiàn)這一點，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上，本文運用大型有限元軟件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）從靜力計算、模態(tài)計算和動力計算三方面進行了比較分析，得出了兩者在受力特性上的一些特點和區(qū)別，以供實際工程中運用。其中動力模型中考慮了流固耦合作用，采用勢流體單元對水體進行模擬。主要工作大體上分為以下幾點：
　　 （1）根據(jù)論文分析任務的特點對渡槽有限元模型進行理論上的研究和實踐上的嘗試；根據(jù)實際工程受力特點確定模型單元、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(設計水深）。由于后兩種工況靜力結果的相似性和篇幅限制，文中只給出前兩種工況的結果。對兩者從渡槽槽身整體結構和槽身特殊截面兩方面進行靜力結果對比分析，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構的豎向變形和應力分布規(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易出

4、現(xiàn)某軸向（例如橫向X）的拉應力，而底部不加厚截面渡槽則一般是壓應力；水深對兩截面渡槽的內力分布規(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力特性計算模型，均考慮了三種工況：水深0.0，水深0.5和水深1.0(設計水深）。對兩者頻率和振型進行了比較分析，從而得出兩截面槽身自身特有的一些性質，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)律也進行了分析，得出了一些有益的結論，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上。
　　 （4）在以上分析的基礎上，分別建立兩種U 形截面形式渡槽的動力響應計算模型，均考慮了三種工況：水深0.0，水深0.5和水深1.0(設計水深）。
　　 對兩種U 形截面渡槽槽身的一些關

6、鍵點和特殊路徑的動力響應進行了對比分析，得出了兩者在地震荷載作用下的響應特性，并對動力特性分析中得出的一些結論進行了驗證，例如：在橫向地震激勵下，兩截面渡槽橫向動力響應對水體深度的敏感程度是不同的；橫向剛度和槽體質量差異對兩種截面形式槽體橫向位移的影響，哪個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。
　　 最后，通過認真分析和總結作者在以上工作中發(fā)現(xiàn)有意義的規(guī)律，提出了個