闸室结构静动力分析及上部框架优化设计

【摘要】：近二三十年来,国内外水利水电事业蓬勃发展,水闸作为既能挡水,又能泄水的建筑物,因此它兼有挡水建筑物和泄水建筑物的工作特点,闸墩及上部排架为水闸很重要的一部分,其分析与设计工作是必要的。 工程界常采用等效静力法或建立在地基刚性基础上的简化动力法对水闸结构进行分析,这些方法对建在坝体上部的闸室结构是可行的,并能使工程计算得到合理的简化,但这些方法却无法考虑水、地基和结构动力的相互作用对上部结构应力和变形的影响。本论文系统地研究了利用空间有限元理论对闸室整体结构进行静动力分析,在此基础上,对上部排架提出了优化模型并进行了优化。 本文主要研究了空间水闸结构计算的有限元法,将闸墩、地基、底板和上部排架作为一个整体建立空间有限元模型,进行静动力分析,并得出相应合理的结论。另外还研究了振型分解反应谱法在空间水闸整体模型动力计算中的应用,并用拟静力法对上部排架进行动力效应计算。 本文主要采用大型有限元软件ANSYS,对橄榄坝水电站拦河闸工程结构和地基进行三维有限元静力分析和动力响应分析。整体模型静力分析采用弹性材料进行模拟,动力分析采用模态分析并结合加速度反应谱法进行;单独计算上部排架时利用拟静力法进行动力效应分析。分析计算结构在正常蓄水位、校核洪水位、闸墩两侧产生水位差和地震作用下,整体结构的变形和应力分布状况,求出了结构的自振特性和顺河向、横河向地震作用下的动力反应,分别对闸墩及上部排架的安全和全理性进行了评价。 此外,本文还利用ANSYS软件中的优化模块对上部排架进行截面优化设计,得出了比较合理的截面尺寸。