【摘 要】
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渡槽是调水渠系跨越山谷、公路、河流等的架空建筑物,是水资源合理配置工程中不可或缺的建筑物之一,也是构建国家水网的关键性工程,其运营安全与否对国家大水网建设有着重大的影响。我国地处环太平洋地震带和地中海-喜马拉雅地震带的交汇区域,是世界上地震活动最频繁的国家之一,也是世界上地震灾害最严重的国家之一。在此条件下,建设国家水网,提高水工建筑物,特别是渡槽等架空建筑物的抗震性能,就是一个很有意义的课题。而
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渡槽是调水渠系跨越山谷、公路、河流等的架空建筑物,是水资源合理配置工程中不可或缺的建筑物之一,也是构建国家水网的关键性工程,其运营安全与否对国家大水网建设有着重大的影响。我国地处环太平洋地震带和地中海-喜马拉雅地震带的交汇区域,是世界上地震活动最频繁的国家之一,也是世界上地震灾害最严重的国家之一。在此条件下,建设国家水网,提高水工建筑物,特别是渡槽等架空建筑物的抗震性能,就是一个很有意义的课题。而渡槽抗震性能的提升,有赖于对渡槽结构动力损伤性能的认识,因此对考虑流固耦合作用的大型渡槽结构进行非线性损伤研究极为必要。本文以地处高烈度地区的阿斗村渡槽为研究对象,基于混凝土塑性损伤本构模型,考虑渡槽结构激励处由水体惯性引起的动水压力,采用降温法模拟预应力钢筋作用,建立了槽身-水体-支座-预应力筋-槽墩-桩基-地基一体的大型渡槽动力仿真系统模型,采用三维有限元技术,通过隐式-显式时程积分算法计算强震作用下大型渡槽的动力响应。主要研究成果包括:（1）建立了大型渡槽动力仿真系统模型,应用结构动力学理论,研究渡槽结构自振特性。因槽内水体的存在,相较于无水工况,有水工况下渡槽结构的自振频率降低,自振周期增大。因此,槽内水体的准确模拟是渡槽结构设计阶段的关键。（2）分别采用《水工建筑物抗震设计标准》（GB51247-2018）附录B动水压力计算公式、光滑粒子流体动力学方法（SPH:Smoothed Particle Hydrodynamics）和耦合欧拉-拉格朗日（CEL:Coupled Eulerian-Lagrangian）三种方法,对水体与槽体的流固耦合作用进行了模拟。本文根据动水压力计算公式编写了FORTRAN程序,修改inp文件,实现了ABAQUS中槽内动水压力的施加,为《水工建筑物抗震设计标准》（GB51247-2018）推荐的计算公式提供了新的实现方法。（3）三种槽内动水压力模拟方法中,等效弹簧-质量模型法反应不了槽内水体的TLD效应,模拟结果应力值最小,计算结果偏于保守。SPH法采用两种端口处理方式,模拟结果差异明显,端口不封闭时,水体由端口流出,水体质量减小,水体对槽壁作用减小,模拟结果偏小,端口封闭时,模拟结果与CEL法结果相近。应用CEL法模拟水体-结构相互作用时,应力最值呈现涡状分布。（4）评述混凝土的非弹性本构的研究进展,阐释了混凝土塑性损伤本构模型（CDP）中损伤和刚度退化的机理,并基于CDP,结合本文提出的渡槽动水压力的施加方法对阿斗村渡槽进行地震响应分析。结果表明,在地震作用下,结构出现较大程度的破坏,该结构的抗震薄弱部位为渡槽的下部槽墩,应适当加强配筋或优化断面设计,控制结构动力破坏发展,防止结构整体失效。应重点关注位于地震烈度较高地区的渡槽下部支撑结构的抗震安全性。
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