水电站岸塔式进水塔结构影响动态响应因素分析
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摘要
进水塔是一种体型结构、边界条件和受力情况比较复杂的水工建筑物,一般采用钢筋混凝土薄壁空腹式结构,建在靠近岸边的水库中,顶部用工作桥与河岸连接,其外围四周皆承受水压力,进水塔在地震作用下的安全十分重要。以前对进水塔高耸结构的地震分析中,对于结构与起支撑作用的地基及山体的相互作用,研究很少,往往是将塔体与周围的建筑物和山体分离,仅仅采用弹簧来模拟周围结构的作用,这就更加简化了周围建筑物的作用。而在低周往返地震荷载作用下,塔背与回填砼间、底板与地基间薄弱面张开、闭合、滑移过程会引起应力释放和导致应力的调整和重新分布,对动力相互作用体系的地震响应有影响,本文引入动态接触单元,采用非线性时程法进行数值仿真试验,针对进水塔动态响应的几个影响因素分别进行讨论,得到了一些定性的规律性的认识。
本文的主要研究成果如下：
(1)总结了现有的进水塔抗震稳定性分析方法,针对在实际地震荷载作用过程中,塔体与地基、山体间的动力相互作用,在塔体与岸坡、地基间等受力薄弱位置处引入动态接触单元,以此更真实地模拟该薄弱位置处动态张开、滑移、闭合的碰撞过程；
(2)通过数值试验,研究得出了地基刚度、上部结构刚度、结构高宽比、关键点高程等因素对动力相互作用体系自振频率、位移、振动速度、加速度等动力特性及动态响应的有意义的影响规律；
(3)通过数值试验,研究得出了地基刚度、上部结构刚度、结构高宽比、关键点高程等因素对动力相互作用体系中动态接触单元张开度、接触压力等动态响应的有意义的影响规律；
(4)将采用动态接触单元以更真实反映塔体与地基、山体间的动力相互作用的的模拟方法应用到实际工程中,以5.12地震中紫坪铺水利枢纽1#泄洪塔抗震稳定性分析为例,较为详细的介绍了该方法的应用过程及分析步骤,研究成果对设计具有指导和参考作用。
Reservoir's intake tower, as a sort of waterpower engineering, have complicated figure structure, boundary conditions and load situation. They generally have concrete thin wall and empty abdomen form, are built in the reservoir close to the bank and joined with the bank by working bridge on the top. Intake tower supports water pressure all around, so the tower's safety of the earthquake is more important. Before, the interactions between the foundation-intake tower-the hill on the back are studied little about the aseismic analysis of high-rise intake tower. Usually intake tower is separated from surroundings and the hill, to simulate the effects of surroundings by making use of the spring element. But so the effects of surroundings are simplified much more. On the analysis of intake dynamic characteristic, opening and closing or sliding of the contact joints between the foundation-intake tower-the hill will happen during earthquakes in reality, which will release stresses and redistribute forces. The contact joints play an important role in the nonlinear response of intake tower during earthquakes. In this paper, by introducing dynamic contact joints, by means of time-history analysis approach,base on numerical tests, the influence research of every factor to the intake tower dynamic response is done respectively. As a result, some qualitative and quantificational conclusions are got.
There are 4 conclusions in this paper as follow:
(1) Summed up the method of existing on aseismic behavior analysis of intake tower. Considering the interactions between the foundation-intake tower-the hill during earthquakes in reality, introduced dynamic contact joints on the weaknesses between the foundation-intake tower-the hill, to simulate the process of opening, closing and sliding on the weeknesses.
(2) A series of numerical tests are designed and practiced. Based on the numerical test results, the influences of parameters, such as foundation property, rigidity of superstructure, high-span ratio, altitude of keypoint, on dynamic characteristics, seismic response of Soil-Structure-Interaction (SSI) containing natural frequency, displacement, velocity, acceleration are discussed.
(3) A series of numerical tests are designed and practiced. Based on the numerical test results, the influences of parameters, such as foundation property, rigidity of superstructure, high-span ratio, altitude of keypoint, on seismic response of SSI containing contact gap distance and contact pressure are discussed.
(4) Applying the method of using dynamic contact joints to simulate the interactions between the foundation-intake tower-the hill to project in reality. Taking example for the aseismic behavior analysis of intake tower of Zipingpu, it introduced detailedly the application and approach of this method. The practicability of this method is estimated.
本文的主要研究成果如下：
(1)总结了现有的进水塔抗震稳定性分析方法,针对在实际地震荷载作用过程中,塔体与地基、山体间的动力相互作用,在塔体与岸坡、地基间等受力薄弱位置处引入动态接触单元,以此更真实地模拟该薄弱位置处动态张开、滑移、闭合的碰撞过程；
(2)通过数值试验,研究得出了地基刚度、上部结构刚度、结构高宽比、关键点高程等因素对动力相互作用体系自振频率、位移、振动速度、加速度等动力特性及动态响应的有意义的影响规律；
(3)通过数值试验,研究得出了地基刚度、上部结构刚度、结构高宽比、关键点高程等因素对动力相互作用体系中动态接触单元张开度、接触压力等动态响应的有意义的影响规律；
(4)将采用动态接触单元以更真实反映塔体与地基、山体间的动力相互作用的的模拟方法应用到实际工程中,以5.12地震中紫坪铺水利枢纽1#泄洪塔抗震稳定性分析为例,较为详细的介绍了该方法的应用过程及分析步骤,研究成果对设计具有指导和参考作用。
Reservoir's intake tower, as a sort of waterpower engineering, have complicated figure structure, boundary conditions and load situation. They generally have concrete thin wall and empty abdomen form, are built in the reservoir close to the bank and joined with the bank by working bridge on the top. Intake tower supports water pressure all around, so the tower's safety of the earthquake is more important. Before, the interactions between the foundation-intake tower-the hill on the back are studied little about the aseismic analysis of high-rise intake tower. Usually intake tower is separated from surroundings and the hill, to simulate the effects of surroundings by making use of the spring element. But so the effects of surroundings are simplified much more. On the analysis of intake dynamic characteristic, opening and closing or sliding of the contact joints between the foundation-intake tower-the hill will happen during earthquakes in reality, which will release stresses and redistribute forces. The contact joints play an important role in the nonlinear response of intake tower during earthquakes. In this paper, by introducing dynamic contact joints, by means of time-history analysis approach,base on numerical tests, the influence research of every factor to the intake tower dynamic response is done respectively. As a result, some qualitative and quantificational conclusions are got.
There are 4 conclusions in this paper as follow:
(1) Summed up the method of existing on aseismic behavior analysis of intake tower. Considering the interactions between the foundation-intake tower-the hill during earthquakes in reality, introduced dynamic contact joints on the weaknesses between the foundation-intake tower-the hill, to simulate the process of opening, closing and sliding on the weeknesses.
(2) A series of numerical tests are designed and practiced. Based on the numerical test results, the influences of parameters, such as foundation property, rigidity of superstructure, high-span ratio, altitude of keypoint, on dynamic characteristics, seismic response of Soil-Structure-Interaction (SSI) containing natural frequency, displacement, velocity, acceleration are discussed.
(3) A series of numerical tests are designed and practiced. Based on the numerical test results, the influences of parameters, such as foundation property, rigidity of superstructure, high-span ratio, altitude of keypoint, on seismic response of SSI containing contact gap distance and contact pressure are discussed.
(4) Applying the method of using dynamic contact joints to simulate the interactions between the foundation-intake tower-the hill to project in reality. Taking example for the aseismic behavior analysis of intake tower of Zipingpu, it introduced detailedly the application and approach of this method. The practicability of this method is estimated.
引文
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