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基于ADINA 的重力坝流固耦合动力特性分析

原文作者:
  赵堃,王春青,张旸, 张静远,卫华, 朱峰
发布时间:
  2014-08-12
来    源:
  河海大学,大禹学院,哈尔滨市水利规划设计研究院有限公司
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摘要 主要探讨了固体与水体相互作用下的动力特性。首先进行纯固体结构的自重以及频域计算,其次结合Westergarrd理论方法,采用ADINA-FSI 方法完成重力坝的全流构耦合计算研究。探究了水体的存在下的坝体应力以及水体对结构的自振频率影响。计算结构表明: 流构耦合模型计算结果,结构大部分位移较小,更能反映水体-固体相互作用的要求,从而得出一些有价值的成果供工程设计参考。
    我国的水资源总量约为28 000 亿m3,其中河川径流27 000 亿m3,位于世界第四位。但是我国人均水量只有2 350 m3,只有世界人均值的27%; 降水的年际分布和区域分布极不均匀,所以修筑水利工程调节水资源的时间分和空间分布成为势在必行的事宜。
    重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物,其基本剖面是直角三角形,整体是由若干坝段组成。重力坝在水压力及其他荷载作用下,主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求; 同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。
    众所周知,中国是一个多地震的国度,几乎各个省份都发生过破坏性的地震,可以说我国是世界上地震灾害最严重的国家之一。重力坝一般建于江河的上游部分,这部分地区的地震烈度也较高,水利工程中的抗震问题也是十分突出的。由于坝体所蓄水体质量大,具有可以自由晃动的液面,在振动荷载作用下,水体会产生较大的晃动甚至飞溅[3]。当坝体较薄,在外荷载和水体晃动的双重作用下往往产生较大变形,这种变形又反过来影响水体晃动,这样在力学上就形成了具有自由液面大晃动的多重非线性流固耦合问题。但是这种问题在我国的设计规范中并未提供设计原则和方法[1,2],因此这项研究具有重要的现实意义。
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