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《郑州大学》 2010年
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大型渡槽结构半主动控制研究

黄亮  
【摘要】: 渡槽结构是我国南水北调工程中的重要水工构筑物,对地震作用下的渡槽结构进行减震控制有重要的意义。本文对南水北调工程中广泛使用的简支梁式渡槽进行了半主动控制研究,选用新型智能材料磁流变阻尼器,围绕着“半主动控制的方法、半主动控制装置的布设位置、半主动控制装置对于渡槽结构的适用性”这个研究主体,“碰撞效应、流固耦合效应”两个影响因素展开系列研究,主要工作成果如下: 1.对渡槽结构各个组成部分的结构特点、单元类型、模型建立及推导过程进行了阐述,利用渡槽薄壁梁段单元建立渡槽动力有限元分析模型,提出了基于状态空间的渡槽结构地震响应仿真,并在此基础上采用实际算例与传统基于运动方程的求解方法进行了比较。 2.对渡槽结构的半主动控制进行了系统的研究,对如何确定渡槽结构在地震作用下的最优控制力,如何选择控制装置在渡槽结构中的最优安装位置等问题进行了分析,并给出了相应结论。 3.建立了考虑碰撞效应的渡槽地震响应模型,对渡槽纵向振动情况下相邻槽身间的相互碰撞进行动力反应分析,然后建立了同时考虑碰撞效应和半主动控制作用的渡槽计算模型,对碰撞现象进行控制,结果表明,半主动控制能够有效的抑制碰撞效应。 4.渡槽结构涉及水体与槽身的动力耦合问题,是一个多学科交叉的研究问题,在地震作用下,水体的形态变化将影响渡槽的动力响应。本文建立了渡槽流固耦合动力有限元模型,并进行了渡槽结构考虑流固耦合效应的减震半主动控制研究,结果表明,对于渡槽不同水位下的地震响应,半主动控制均能取得一定的控制效果。 5.对渡槽结构在不同地震波作用下、不用墩高的结构形式、不同的地震波输入方向下的所有工况进行了计算,研究了相对应影响因素对渡槽半主动控制的影响,计算结果表明,半主动控制对于各种情况下的渡槽地震响应均有一定的控制效果,说明其对渡槽结构的适应性较好,此外,在工程应用中,还对墩高与减震率的关系进行了分析,研究结果可以为渡槽的抗震设计提供参考。 主要创新点: 1.现有渡槽减震多采用被动控制,针对被动控制中存在的不足,将半主动控制理论引入到渡槽的地震减震控制中,并进行了分析论证;; 2.将新型智能装置磁流变阻尼器引入到了渡槽的半主动控制当中,并对其在实际工程中的安装位置等一系列问题进行了研究; 3.探讨了不同墩高、不同地震波输入对半主动控制减震率的关系,为渡槽抗震设计中墩高的设计提供参考; 4.探讨了渡槽纵向振动中相邻梁间的碰撞效应,并利用半主动控制方法对碰撞效应进行了控制; 5.探讨了渡槽横向振动中考虑流固耦合效应的半主动控制,对不同水位的渡槽动态响应半主动控制进行了计算研究。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TV672.3

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