基于性能的渡槽结构抗震性能分析方法研究

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1、同济大学土木工程学院硕士学位论文基于性能的渡槽结构抗震性能分析方法研究姓名：雷兴华申请学位级别：硕士专业：防灾减灾工程及防护工程指导教师：罗奇峰20080301摘要渡槽作为重要的输水建筑物在合理调度水资源、实现可持续发展中发挥着重要作用。然而长期以来，渡槽结构的抗震设计缺乏专门的规范，设计人员大多参照相应的公路桥梁规范进行设计。在渡槽抗震研究中，其上部水体对结构产生的影响不容忽视。目前，渡槽内的水体简化的方法大体上分为两种，一为线性方法，如Westerguard附加质量、Housner模型。另一种为非线性方法，研究流体非线性晃动对渡槽影响，如边界元

2、法、ALE型有限元法等。本文从流体和固体的基本运动方程出发，通过考虑流体一固体耦合界面的边界条件，推导二维情况下的槽身与水体的耦合有限元方程，并进一步推导附加质量法的一般公式，建立排架式渡槽结构、考虑流固耦合作用的简化计算模型。基于当前较为流行的基于性能的设计思想，本文建立考虑流固耦合模型的排架式渡槽计算模型，对其进行Push—over分析，得到渡槽结构的基底剪力一槽墩顶点位移能力曲线，并同非线性时程分析的结果进行对比，讨论Push—over方法对于渡槽结构的适用性。在Chopra提出的改进能力谱方法的基础上，本文采用Vidic提出的R。一u-T模

3、型，建立基于水工抗震规范设计反应谱的非弹性需求谱，并建立目标位移的求解程序。目前对于渡槽结构的抗震能力评估，主要有经验分析法和规范验算校核法。由于上述方法对准确评价结构弹塑性抗震性能存在缺陷，本文参照桥梁结构的震害经验，给出槽墩构件的极限状态，并建立基于延性系数的破坏极限状态划分标准，并通过算例，在计算各级地震烈度下的目标位移的基础上，分析渡槽结构在各级地震烈度下的抗震性能。最后，论文进行讨论，总结运用能力谱方法对渡槽结构进行流固耦合作用抗震能力分析的可行性，并明确了今后深入研究的方向。关键词：渡槽，流固耦合，非弹性需求谱，抗震性能Abstract

4、—————————————————_————-—————-—————————————————————一ABSTRACTTheshortageandillogicaldistributionofwaterresourceinOurcountryarethemostimportantfactorswhichrestricteconomydevelopementofourcountrycurrently．Aqueductasanimportantwatersupplystructuresplayansignificantroleintherationna

5、lallocationofwaterresourceandsustainabledevelopement．Howeverforalongtime，aqueductseismicdesignlacksanspecializedstandard，designersusuallycarryonandesignaccordingtothehighwaybridgestandard．Intheaqueductseimieresearch，theuppersupportedwaterbodesinflenceCannotbeneglected．Atthepre

6、senttime，tllewaterbodyinaqueductsimplifiedmethodsaredividedintotwokinds．Onearethelinearmethod，suchasWestergaardadditionalmass，Housnermodel．Theotherarethenonlinearmethod，whichstudiesonmeef跚ofliquidnonlinearswaytoaqueduct，suchasboundaryelementmethod．ALEfiniteElementMethodetc．Con

7、sideringthefluid．strcuture．interactionboundarycondition．幽e2Dslot-water-coupledFEMeaquationisderivedfromthefluidandstructurebasicdynamicequations，thenthegenneralequationofadditionalmassmethodisaquiredfurthermore．Baseontheperformance-basedmethod，allanalynicalmodalofframedbentsup

8、portedaqueductwithconsiderationofFSIisbuild．Thenthecapacitycu