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渡槽结构水平地震响应分析

作　者: 周振纲
导　师: 李正农
学　校: 湖南大学
专　业: 结构工程
关键词: 渡槽水平地震响应有限元流-固耦合人工边界
分类号: TV312
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 58次
引　用: 1次
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内容摘要

渡槽结构在我国有广泛的应用,随着渡槽结构向大型化发展的趋势,其抗震问题具有重要的工程意义,引起了广泛重视。本文对渡槽结构水平地震响应及其相关问题进行了计算研究。首先对渡槽水平地震响应分析中存在的,如流-固耦合作用模拟、动力人工边界、人造地震动生成、地震动输入方式及地震动积分位移基线漂移等问题进行了研究。然后,借助ANSYS有限元软件,建立了用Houser简化模型模拟水体与槽身的流-固耦合相互作用的土-桩-结构整体有限元分析模型,土体边界分别固支边界和三维集中黏-弹性人工边界进行模拟,并在此基础上对渡槽结构动力特性进行了研究,比较了有水工况与无水工况及固支边界与黏-弹性人工边界模拟土体边界时结构基本模态的差别。最后,采用动力有限元时程分析方法对渡槽结构在无水、有水两种工况,以及土体边界分别按固支边界和局部人工边界处理对渡槽结构横向水平地震响应的影响进行了研究。研究结果表明:渡槽结构横向水平地震响应有水工况较无水工况有较明显的增大,水体动态作用对渡槽结构动力响应产生的影响不容忽视;土体边界采用集中黏-弹性局部人工边界模拟时渡槽结构横向水平地震响应较固支边界模拟时有不同程度的减小,说明在对渡槽结构水平地震响应分析时应考虑无限地基辐射阻尼效应,可通过采用三维集中黏-弹性局部人工边界对土体边界进行较合理的模拟。综上所述,本文主要对动力人工边界在渡槽结构横向水平地震响应分析中应用的有效性以及流-固耦合相互作用对渡槽结构地震响应的不利影响进行了研究。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 渡槽抗震问题的提出及意义  10-11
  1.2 渡槽抗震分析中相关问题研究方法综述  11-17
    1.2.1 流－固耦合相互作用研究方法  11-13
    1.2.2 桩土动力相互作用研究方法  13-14
    1.2.3 人工边界模拟方法  14-16
    1.2.4 人造地震动合成  16-17
  1.3 本文的主要工作  17-18
第2章人工边界应用研究  18-47
  2.1 黏-弹性人工边界应用研究  19-30
    2.1.1 黏-弹性人工边界的一般表达式  19
    2.1.2 黏-弹性人工边界的物理意义、稳定性及边界实现  19-20
    2.1.3 三维集中黏-弹性人工边界  20-21
    2.1.4 三维一致黏-弹性人工边界及其等效单元  21-25
    2.1.5 等效三维黏-弹性人工边界单元具体实现形式  25-27
    2.1.6 黏-弹性人工边界外源问题波动输入方法  27-30
  2.2 透射人工边界  30-39
    2.2.1 一、二阶透射人工边界描述  30-31
    2.2.2 透射公式的实现  31-32
    2.2.3 透射人工边界外源输入  32-38
    2.2.4 透射人工边界在ANSYS 中实现  38-39
  2.3 人工边界三维问题算例  39-46
    2.3.1 均匀弹性半空间波源问题算例  39-43
    2.3.2 均匀弹性半空间外源问题算例  43-46
  2.4 本章小结  46-47
第3章地震动合成及积分位移时程基线漂移消除的研究  47-62
  3.1 基于拟合水工设计反应谱的人工地震动合成  47-52
    3.1.1 三角级数模型  47
    3.1.2 强度包络函数模型的确定  47-48
    3.1.3 基于水工设计反应谱的人工地震动合成  48-50
    3.1.4 人工地震波程序编制及计算成果  50-52
  3.2 地震动积分位移时程的均值基线漂移现象  52-61
    3.2.1 Newmark- β数值积分方法  53
    3.2.2 基于最小二乘法的加速度非零基线拟合  53-54
    3.2.3 地震波积分位移、速度时程基线漂移消除数值算例  54-61
  3.3 本章小结  61-62
第4章渡槽结构抗震有限元分析  62-114
  4.1 概况  62-63
  4.2 计算模型的建立  63-70
    4.2.1 渡槽流-固耦合简化分析模型  63-68
    4.2.2 渡槽结构有限元计算模型  68-70
  4.3 地震作用输入方式及计算工况  70-73
    4.3.1 地震动输入方式  70-73
    4.3.2 计算工况  73
  4.4 渡槽结构动力特性分析  73-79
    4.4.1 自振频率  73
    4.4.2 基本振动模态  73-79
  4.5 渡槽结构横向水平地震响应时程分析  79-112
    4.5.1 土体边界处理方法对渡槽结构横向地震响应影响分析  79-104
    4.5.2 有水和无水工况计算结果比较  104-112
  4.6 本章小结  112-114
结论与展望  114-116
参考文献  116-119
致谢  119-120
附录A (攻读硕士学位期间参加的科研项目)  120

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