考虑接触非线性下进水塔结构的动力分析分析

《考虑接触非线性下进水塔结构的动力分析分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1绪论1．绪论1．1进水塔抗震研究背景与意义进水塔位于水库隧洞的首部，是引水、泄水系统的控制性水工建筑物，为水利枢纽工程宣泄洪水提供安全通道，其抗震安全性对确保水利枢纽的安全是至关重要的111。迄今为止，水电是国际上最大规模的可再生清洁能源。全世界水力资源理论蕴藏量为50．5亿千瓦，可能开发利用的达22．61亿千瓦；而我国是世界上水能资源最丰富的国家，理论蕴藏为6．76亿千瓦，技术可开发量约四亿千瓦，居世界首位t21。截止1999年的统计资料表明，一些发达国家的水力开发已达90％以上，而我国只有接近20％，因此水力资源开发利用潜力巨大，任重而道远¨1。我国水能资源80％以

2、上都分布在西部地区。西部地区多高山峻岭峡谷，易于修建调节性能好的高坝大库工程，但同时也是重大挑战。当前，我国正处在水电建设的重要发展时期，诸如：正筹备开工中的金沙江溪落渡工程坝高276m；已经开工的云南澜沧江小湾工程坝高292m；雅砻江上坝高达305m的锦屏工程；黄河上游的拉西瓦等一系列300m级的重大高坝工程“1；以及近期可望开工建设的众多大型水利工程，如虎跳峡、乌江的构皮滩、金沙江的白鹤滩等。这些世界上具有标志性的、独一无二的重大工程，进水塔的过流量之大和高度之高也都是前所未有的。而我国是一个地震多发国家，地震区主要集中在西部，地震的频度和烈度都非常高[51，高耸进水

3、塔的设计烈度会达到8度甚至9度，其地震工况多成为设计中的控制工况，并且世界上目前还无例可循。所以如何确保这些进水塔的抗震安全的稳定性，将会直接影响到整个水库引水和泄水系统甚至是整个大坝的安全。由于地震发生在地球内部，其发震成因和机制难以确定，地震波传播途径和介质条件又十分复杂，强震发生的时间间隔很长，目前人们对其规律性的认识不够，强震发生的时间、地点和强度都有很大的随机性。汶川地震的经验和教训告诉我们，一旦强震来临，如何能保证安全有效的泄水通道，迅速降低库水位是防止发生次生灾害的重要途径之一。因此在我国西部强震区上开发水电，进水塔的抗震安全将是至关重要和迫切需要解决的问题

4、和难题。进水口又称进水建筑物，位于水电站输水系统的首部，它的功用是按照发电要求，自水源(水库或河流)取水，引入水电站引水道。按照水流特征，将进水口分为有压进水口和无压进水口两类。按照与枢纽建筑物的关系，通常分为整体布置进水口和独立布置进水口。进水口的结构形式也是多种多样，主要有框架式、岸塔式、斜坡式、封闭式等，实际工程中视其运用要求、水流流态、地质地形等条件合理的加以选用。水电站进水塔是水电站进水口的一种型式，由于工程地质、地形条件和工作条件不同，在结构布置和设计形式上也有不同，形式上主要有纯塔式和斜塔式两种。进水塔的结构特点一般采用钢筋混凝土薄壁空腹塔式结构，建在靠近岸

5、边的水库中，顶部用工作桥与河岸连接。当山岩不好、岸西安理工大学硕士研究生论文坡又比较平缓时通常采用纯塔式进水口。它的特点是喇叭口，闸门槽都再山岩外边，启闭机室与山岩之间不用架桥。塔式进水口与其他岸式进水151的区别主要是，塔体外围皆承受水压力。它主要适用于岸坡地形过缓或地质条件差、覆盖层较厚、不宜建造岸式进水塔的水电站枢纽工程。1．2进水塔抗震研究进展及现状由结构布置表明，进水塔截面、体型、荷载工况、边界条件复杂％1，传统结构力学、材料力学和弹性力学等方法无法解决以上各种因素对进水塔结构安全的影响，因此在地震荷载作用下对结构进行有限元分析尤为重要。国内外对于进水塔静动力研

6、究已经有几十年的历史了[7-131，在二十世纪中期之前，对进水塔结构工程设计和受力分析主要有两种做法：一种是用材料力学法将结构简化为杆件体系，把进水塔按照竖向悬臂梁分析，只考虑在水平向地震作用下剪切变形和弯曲变形产生的水平振动，而对塔体的竖向振动和转动惯量都没有考虑‘14-181。或者采用结构力学的方法将进水塔模型视为二维平面框架结构问题求解内力和应力。显然用平面模型替代空间模型简化的过于粗糙，造成误差较大；另一种是将确实不能简化为杆件体系的结构按照弹性力学的方法求得应力分布。但是根据工程实践和理论分析可知：对于结构形式复杂的高耸进水口结构，在自重、高水头、地震荷载的作用

7、下，第一种方法无法计算出结构关键部位的应力分布而使得结果显得过于粗略，难以满足工程实际的需要；而第二种方法在求解应力场时则带有较大的误差和局限性。为了解决上述问题，在二十世纪后期，引入了分布参数法来解决进水塔的抗震问题，此方法将进水塔架结构简化为刚性悬臂梁，并假定结构的刚度、位移、截面积等作为悬臂梁长的函数，同时考虑了地基．水体．结构的耦合振动[191，建立微分方程求解，进行了塔体动力特性的研究，但是由于解析法的局限性，即精确解只能通过少数简单方程得出，仅适用于几何结构、边界条件简单的进水塔，而实际进水塔的结构和边界条件是十分