南水北调中线穿黄工程北岸竖井内弯管三维抗震分析

【摘要】：近些年来，随着国民经济的发展，地下结构在水利水电、交通运输、市政建设、军事和人防工程中得到了广泛的应用。由于我国是一个地震多发国家，大部分地区为地震设防区，随着地下结构建设规模的不断扩大，地下结构的抗震设计及其安全性评价日益成为工程界关心的重要问题。 南水北调是我国水资源优化配置，解决北方地区缺水的一项战略性基础设施工程，在工程用运用了大量地下结构，如何确保这些地下结构的抗震能力是一个重要的问题。本文选取其关键性工程之一南水北调中线穿黄工程北岸竖井内的弯管结构为研究对象，根据土一结构动力相互作用的基本理论，运用有限差分软件FLAC对其进行抗震数值模拟分析。本文主要内容包括： (1)系统分析总结了国内外地下结构抗震的研究现状，阐述了有限差分法模拟土一结构相互作用的原理，为进一步的研究提供了依据。 (2)通过ANSYS程序建立结构的三维实体模型，并使用转化程序导入FLAC，解决FLAC对复杂模型建模的不足。 (3)对FLAC进行了二次开发，引入了强度理论对结构进行破坏判别，找出其薄弱环节。针对实体单元只能计算受到的主应力，不能直观有效反映结构破坏的缺点，利用FLAC中的FISH语言编制有关程序(即二次开发)，将混凝土强度理论引入计算程序中，以便找出结构的抗震薄弱环节。同时还编制程序使其能够显示结构各处在地震过程中发生的最大响应，从而方便分析。 (4)分别计算了在沿管道横向、轴向正向和轴向负向三个方向输入地震波条件下结构的动力响应，给出了弯管的应力集中部位。并对不同工况的结果进行比较。计算结果表明，沿弯管纵向输入地震波时结构的反应较沿弯管横向输入地震波更大。