考虑流固耦合作用的双槽渡槽地震响应分析.pdf

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1、第34卷第3期人民黄河Vo1．34．No．32012年3月YELL0WRIVERMar．，2012【水利水电工程】考虑流固耦合作用的双槽渡槽地震响应分析徐建国，范寅初(郑州大学水利与环境学院，河南郑州450001)摘要：为研究考虑流固耦合的大型双槽渡槽结构动力响应特性，采用空间8节点非协调元，基于流固耦合动力相互作用理论及弹性理论推导计算公式，编制了有限元计算程序。对南水北调中线双洎河渡槽的典型三跨进行了模态分析和地震时程响应计算，结果表明：槽内有水将大大增加渡槽结构质量矩阵中的数值，使结构自振频率明显降低，考虑流固耦合动力作用工况较空槽工况对应的地震响应

2、值(包括位移、速度、加速度等)大，对结构整体抗震不利。关键词：地震响应；流固耦合；动力分析；有限元；双槽渡槽中图分类号：TV312文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000·1379．2012．03．034FiniteElementAnalysisofSeismicResponseofTwo—SpanAqueductwithFIuid-StructureCouplingXUJian—guo，FANYin—chu(SchoolofEnvironmentandHydraulicEngineering，ZhengzhouUniversity，Z

3、hengzhou450001，China)Abstract：Withconsideringtheeffectoffluid—structurecoupling，thedynamicalperformanceoftwo—spanaqueductwasanalyzed．The3D8-nodesincompatiblewasselected．ThefrequencyandseismicresponsefortheShuan~iRiveraqueductintheMiddleRouteoftheSouthtoNorthWaterDivemtionProjectwe

4、recalculated．Theresultsshowedthatwiththeincreasingofwatermassincreased，the~equencywasdecreased．Theseismicre—sponsewithfluid·structurecouplingisbiggerthanthatofemptyaqueduct(includingdisplacement，velocityandacceleration)，anditisunfavorableforaseismicaqueduct．Keywords：seismicrespons

5、e；fluid—structurecoupling；dynamicalanalysis；finiteclementmethod；two-spanaqueduct大型渡槽在南水北调中发挥着重要的作用，开展渡槽结构8+耄8v。+dz‘=0(1)理论分析研究具有重要意义。渡槽结构的主要质量集中在上部，对于结构抗震十分不利，且水体的质量往往大过渡槽质量，式中：P为液体内部压强。采用有限元对式(1)离散后得水体的耦合作用对结构也有很大影响⋯。近年来，许多设计研i却=F=一pNi~Nds=一si(2)究人员开展了槽内水体与渡槽结构的流固耦合动力相互作用、￡渡槽结构动力

6、建模、渡槽支座减震和渡槽动静力抗震分析等方式中：为耦合边界上的压力；日为荷载分布矩阵；p为荷载集面的研究。李遇春等应用边界元法证明了强震下流体的非度列阵；n为计算单元数目；S：为积分区域；P为材料密度；N线性晃动将对槽身产生很大的横向水平力和翻转力矩；吴轶为形函数矩阵；为广义形函数矩阵；i为加速度列阵；S为等等把任意拉格朗日一欧拉(ALE)方法和附加质量方法用于效荷载矩阵。分析三维梁式排架渡槽结构体系的动力特性；王博、徐建在考虑流体压力在结构表面所产生的节点荷载后，结构经国建立了考虑槽身薄壁结构弯扭耦合、约束扭转变形的渡有限元离散后的动力方程为槽梁段单元有

7、限元模型，并进行了多点地震输入的反应计算；Mi+C+Ku=F+F(3)张俊发等针对渡槽叠层橡胶支座开展了地震响应研究。但其中目前有关大型双槽渡槽考虑水体与槽身流固耦合作用的研究F：一MI成果较少。笔者基于流固耦合动力相互作用理论及弹性理论，i．1利用非协调元将空间实体剖分成单元网格，对某双槽渡槽结构F№一spPS进行了动力分析。式中：M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵；F为地震1渡槽结构动力模型的建立收稿日期：201卜03_22基金项目：中国博士后科学基金资助项目(20100471008)；河南省重点科技攻关1．1考虑渡槽槽内水体的耦合振动项目(10

8、2102310078)。作者简介：徐建国(1965一)，男，河南盂