进水塔基础接触面力学模型对塔体结构应力的影响

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汶川地震实测波作用下高耸进水塔结构损伤开裂分析_张亚敬

第29卷第9期2011年9月水电能源科学Water Reso urces and Pow er V ol.29N o.9Sep.2011文章编号:1000-7709(2011)09-0097-04汶川地震实测波作用下高耸进水塔结构损伤开裂分析张亚敬,张燎军,陈立(河海大学水利水电学院,江苏南京210098)摘要:以某高耸进水塔为例,采用ADI NA 结构分析软件建立了结构-水体动力耦合的三维非线性有限元模型,利用汶川地震中某坝顶处所测得的地震波进行相应的修正处理,作为模型结构的地震动输入,研究了进水塔在正常蓄水位组合地震荷载工况下的地震反应,并分析了其抗震安全性。

结果表明,高耸进水塔在实测地震波作用下局部出现损伤开裂,但整体结构仍能确保抗震安全性。

关键词:进水塔;A DIN A ;损伤开裂;实测地震波;抗震分析中图分类号:T V 698 1+3文献标志码:A收稿日期:2011-03-22,修回日期:2011-05-16作者简介:张亚敬(1982-),女,硕士研究生,研究方向为水灾害与水安全,E -mail:kreace@163.co m 通讯作者:张燎军(1962-),男,教授、博导,研究方向为水工结构工程,E -mail:ljzhang @大坝进水塔为水利枢纽中一个重要的泄水建筑物,若遭到破坏将会导致库水位上升,进而危及整个水利枢纽的安全[1]。

因此,进水塔抗震安全对整个水利枢纽安全运行有重要的意义。

进水塔在强震作用下,需考虑动水压力对结构响应的影响,且混凝土作为一种准脆性材料,还可能出现压碎、开裂等非线性行为[2],因此利用实测的强震记录对水工建筑物进行抗震安全研究十分必要。

鉴此,本文以某大坝高耸进水塔为例,考虑结构水体动力相互作用及塔体混凝土材料在地震激励下的非线性行为,建立了三维有限元动力仿真模型,研究了正常蓄水位工况下进水塔在修正实测地震波作用下的损伤开裂情况,并评价了其抗震安全性。

岸塔式进水塔结构的抗震与稳定性分析_程汉昆

基准期５０年内０．２６３６３０．２．超越概率为５％
注：ａＴｇ为特征周期；ｈ为设计地震加速度代表值；ｍａｘ为反应谱 β 最大代表值。
格图和塔体有限元网格图见图１。（）计算荷载。静力计算以进水塔检修作为２典型工况，需考虑的荷载有
图１进水塔整体结构网格图和塔体有限元网格图Ｆｉ１Ｔｈｅｗｈｏｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｉｄａｎｄｆｉｎｉｔｅｇ．ｇｅｌｅｍｅｎｔｍｅｓｈｏｆｔｏｗｅｒ
１计算模型与力、浪压力、风荷载。动力计算主要考虑结构地震惯性力和塔体内外动水压力对进水口结构整体动力响应的作用，其中塔体内外地震动水压力以
４］附加质量［的形式来考虑。动力计算考虑结构在
，收稿日期：修回日期：２０１１０４２６２０１１０６０７－－－－，：作者简介：程汉昆（男，硕士研究生，研究方向为水电站建筑物结构抗震与稳定性分析，１９８５Ｅａｉｌｃｈｋｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ－）－ｍ＠ｊ
（）计算模型。采用ＡＮ１ＳＹＳ软件进行计算，进水塔的边墩、中墩、隔墩、横墙、楼板、机房等结构均采用ｓ梁结构采用ｈｅｌｌ６３板壳单元模拟，其他混凝土结构、地基采用ｂｅａｍ１８１梁单元模拟，，ｓｏｌｉｄ４５实体单元模拟附加质量采用ｍａｓｓ２１三方向质量单元模拟。竖直墙向底板实体单元ｓｏｌｉｄ４５中延伸一层ｓｈｅｌｌ单元以消除两者连接处自由度不一致的影响。进水口四周和底部各向外取１００ｍ岩基。半无限域地基和岩体边坡均按传统的无质量地基模型进行模拟。岩基四周和底

进水口整体稳定及基底应力计算

进水口整体稳定及基底应力计算1. 计算总说明1.1 计算目的及要求某水电站进水口根据电站枢纽布置、地形、地质条件设为岸塔式进水口，“镶嵌”在L型基础中，塔背有基岩对其起支撑作用，靠自重和岸坡岩体支撑维持稳定，加之该进水口置于土质地基上，因建基面不允许出现拉应力，因此可不进行抗倾覆稳定计算。

通过对进水口整体抗浮稳定与基底应力计算，以复核其是否满足规范要求。

1.2 基本资料进水口纵横剖面结构尺寸见附图。

水容重：3kN m10/钢筋混凝土容重：325/kN m'=。

基础与混凝土之间f值为：0.4c Mpaf'=，0.08σ=地基承受能力：[]0.42MPa校核洪水位：1886.109m设计洪水位：1884.069m正常蓄水位：1900.000m死水位：1896.000m多年平均最大风速：11.00/m s吹程：0.7km拦污栅及对应启闭机重：52t、8t事故检修门及对应启闭机重：38t、15t计算采用规范及参考书：a.《水电站进水口设计规范》DL/T5398-2007b.《水工建筑物荷载设计规范》DL5077-1997c.《水工建筑物荷载设计规范》d.《水电站厂房设计规范》SL266-2001e．《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-89f.《水闸设计规范》SL265-2001；g.《土力学》河海大学出版社出版,卢廷浩主编；h.某水电站首部枢纽平面布置图及主要建筑物剖面图；i.《孔隙比与压力关系曲线表》；1.3 计算原理及假定岸塔式进水口根据自身的结构特点，只要基底应力在允许应力或允许抗力范围内，塔体就不会发生整体失稳，根据规范要求及进水口的布置情况，对塔体做以下假定：1）将塔体视为刚体，在荷载作用下，岩体变形产生抗力；2）抗力或反力强度值采用材料力学法和刚体极限平衡法求得。

3）计算地基沉降量时，不考虑周边结构对进水口塔体的影响。

此算稿按荷载组合{基本组合、特殊组合}计算。

工况1：正常运行期，正常蓄水位1900.000m；工况2：正常运行期，设计洪水位1884.069m；工况3：非常运行期，校核洪水位1886.109m；工况4：检修期，正常蓄水位1900.000m；工况5：施工完建未挡水期。

高耸岸塔式进水口结构动静力特性仿真分析

高耸岸塔式进水口结构动静力特性仿真分析杨乐;王海军;赵典申【摘要】建立了泸定水电站深孔泄洪洞高耸岸塔式进水口结构模型,并进行三维有限元动静力分析.静力计算中,分不同工况考虑了各种荷载包括绕渗作用及温度场变化的作用,得到了结构的应力与位移分布.动力计算中对进水塔结构在空库及满库情况下的自振特性进行了分析.通过振型分解的反应谱法计算了在横河流向、顺河流向和竖直向地震共同作用下进水塔结构的动力响应,并将动力计算结果与静力计算结果进行叠加.重点分析了支铰大梁、边墙、闸门槽等部位的受力特性,并对进水塔各部位的动静力稳定性进行了评价.%The structural analysis model for the bank intake tower of spillway tunnel in Luding Hydropower Station is built for simulating the static and dynamic characteristics by 3D FEM. The stress and displacement distributions of intake tower in different working conditions are achieved by the static analysis after considering all loads, including the by-pass seepage and temperature change. The serf-vibration characteristics under the conditions of empty and full reservoir are studied in the dynamic analysis. The dynamic response of the intake tower under the combining action of earthquakes from the directions of flow, perpendicular to the flow in horizontal and vertical plane are studied by the response spectrum method, and the results are superimposed with the static analysis. The stresses on the crossbeam, side wall and gate slot are more concerned, and the overall static and dynamic stabilities of intake tower are assessed.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2011(000)005【总页数】4页(P25-28)【关键词】岸塔式进水口;三维有限元;动静力分析;振型分解反应谱法;泸定水电站【作者】杨乐;王海军;赵典申【作者单位】四川华电泸定水电有限公司,四川,泸定,626100;河海大学水利水电工程学院,江苏,南京,210098;四川华电泸定水电有限公司,四川,泸定,626100【正文语种】中文【中图分类】TV732.1;TV741(271)泸定水电站泄洪洞进水口采用岸塔式结构，塔顺水流向长55 m，宽24 m，高74 m，进水口设平板检修闸门和弧形工作闸门，弧形工作闸门孔口尺寸12 m×9.4 m （宽×高），洞身为无压城门洞形，断面尺寸为12 m×17 m （宽×高）。

桥梁深水基础结构模型分析的影响因素

桥梁深水基础结构模型分析的影响因素桥梁深水基础目前在国内运用非常广泛，但是在结构分析这一层次有很大的问题，鉴于此，本文比较深入客观的分析了桥梁深水基础结构分析的分目标层次因素。

标签桥梁；深水基础；目标层次1 大型桥梁深水基础的定义及受力特点在桥梁基础工程中，所谓“浅水”或“深水”，并没有明确及严格的定量界限。

根据传统的土力学地基及基础对水中围堰的概念：当水深在5-6m以上时，可采用钢板桩围堰。

由此把桥梁深水基础定义为：水深在5-6m以上，不能直接采用明开挖、不能用一般土围堰、木板桩围堰作为防水技术施工的桥梁基础。

对于桥梁深水基础，不仅深水环境对它产生许多直接作用，而且深水对其设计理论和施工技术都会提出一些特殊问题，其主要特点如下：1.1 基础所受的水平力，如水流冲击力、船舶碰撞力、水压力、水撞力、波浪力等，均比陆上或浅水基础大得多；1.2 深水基础的稳定性与安全度，一般常受水文条件控制，所以对于桥梁深水基础，水文条件与地质条件具有同等重要的地位；1.3 深水基础除了需考虑环境水的侵蚀外，还需要考虑潮汐、洪水以及流水所夹砂石与流冰的直接碰撞、磨损等问题；1.4 深水基础类型的选择异常重要，它不仅关系到基础造价的高低，还直接影响到桥梁工程的成败、质量和工期；1.5 深水基础应具有较高地抵抗自然灾害能力，这就要求其勘测设计时做大量、细致的勘测，而深水基础的地基勘测均需在水下进行原位勘测，工作条件差，要取得真实可靠数据难度大，这就要求其勘测手段更先进、可靠；1.6 深水基础属于水下隐蔽工程，其设计与施工时必须将水流速度、水深深度等因素及由深水所引起的其他约束条件联系起来综合考虑，并采取相应措施；1.7 对于海湾、海峡和近海岛屿间的近海桥梁深水基础，更应考虑海洋环境产生的荷载力，如由台风、巨浪、大潮所产生的巨大水平力，应成为其设计和施工中必须考虑的重要控制条件。

正因为深水基础有如此特点，所以其不仅工程量大、造价高、工期长，它对周边环境的影响及受地震地质的影响都较大，若基础选型不当，带来的风险和资源浪费将非常巨大。

联合进水塔抗震结构设计及基础处理

联合进水塔抗震结构设计及基础处理杨德丽【摘要】根据联合进水塔所处区域地质条件及塔式结构的特点，在结构布置及地基处理时采取了有效可行的工程措施，提高了塔体结构的抗震安全性和基础承载能力。

经过8年的运行，进水塔结构稳定，应用效果很好，施工采用的抗震设计方法及地基处理措施得到了考证，可供类似工程设计参考。

% According to the geological conditions and structural features of joint intake tower,effective and feasible measures were adopted during structural layout and foundation treatment to improve the earthquake resistance of tower structure and bearing capacity of foundation. The intake tower is stable after 8 years of operation so its earth⁃quake-resistant design method and foundation treatment measures may be reference for similar projects.【期刊名称】《广西水利水电》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】3页(P19-21)【关键词】进水塔;结构布置;抗震设计;地基处理;措施【作者】杨德丽【作者单位】新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐 830000【正文语种】中文【中图分类】TV671恰甫海水利枢纽属大（I）型一等工程，由粘土心墙坝、右岸深孔排沙放空洞、中孔泄洪洞（由导流洞改建）、表孔溢洪洞、引水发电洞、厂房、开关站等建筑物组成。

联合进水口工程为1级建筑物，由深孔排沙放空洞进口明渠、1＃发电洞进口闸井、2＃发电洞进口闸井、1＃、2＃发电洞进口闸房、深孔排沙放空洞进口闸井及金属结构和启闭机等主要建筑物组成。

拉拉山水电站进水塔三维动力有限元分析

拉拉山水电站进水塔三维动力有限元分析1 工程概况2 岩体及混凝土静、动力学参数3 进水塔抗震分析及评价3.1 计算方法及假定3.2 地震波的选取地震波是一个频带较宽的非平稳随机振动，受各种因素影响而变化，采用时程法对结构进行地震分析时，输入地震波不同，所得的地震反应相差较大，因此，合理选择地震波进行直接动力分析是保证计算可靠性的重要保证。

3.3 计算模型3.4 计算结果及分析3.4.1 位移场分析3.4.2 应力场分析经比较，在t=11.87s时，进水塔结构动应力响应较大。

从代表点的整个时间历程上看，在t=11.87s时，进水塔动应力响应最大，此时整个结构以受压为主；各应力关键点中σ1最大值为1.15MPa，位于进水口胸墙处d点，出现时间为t=11.87s；σ3最小值为-1.54MPa，位于排架底部e点，出现时间为t=7.54s。

地震作用效应的计算结果表明，在塔体与排架结构结合部位、中间各层板梁结构、部分载面突变处会产生较高的应力集中，需要配筋处理，增强混凝土的抗拉性能。

3.4.3 基于有限元计算结果的进水塔稳定计算基于前面有限元动力的计算结果，对进水塔沿建基面的抗滑稳定进行计算分析。

在地震波的作用下，进水塔沿建基面的抗滑稳定安全系数为6.20～8.60，均大于规范规定的抗滑稳定安全系数1.05，满足规范要求，说明进水塔在地震工况作用下是安全稳定的。

3.5 进水塔抗震时程分析及评价进水塔顶部动位移最大，分布趋势从上而下逐渐减小，整体动位移不大，规律性合理；根据前面的有限元动力计算结果，进水塔动应力均小于混凝土强度设计值，基础竖向应力均小于基础承载力；采用基于有限元静力计算成果的刚体极限平衡法，将进水塔在实测波作用下，沿建基面的抗滑安全稳定系数大于规范允许安全系数，进水塔沿建基面安全稳定。

4 结束语文章采用三维有限元方法，对拉拉山水电站进水塔进行了三维动力分析，分析了其位移和应力响应，对分析了其抗滑稳定安全性。

进水塔材料非线性地震损伤研究中网格尺寸大小的影响

进水塔材料非线性地震损伤研究中网格尺寸大小的影响发布时间：2021-11-08T03:49:13.150Z 来源：《防护工程》2021年22期作者：郭书亮[导读] 高耸进水塔的抗震安全成为需要高度关注和亟待解决的关键技术难题。

重庆工贸职业技术学院摘要：本文以有限元软件为平台来分析进水塔的损伤破坏，网格划分是前处理过程中的主要工作，也是整个有限元分析过程中的关键工作，网格划分的大小将对计算结果产生巨大的影响，因此，在非线性模型的基础上，在不影响模型分析结果的情况下，在将模型的网格尺寸适当扩大后，分析了网格划分大小对进水塔损伤破坏的影响。

关键词：进水塔；材料非线性；地震损伤；网格划分引言目前，水电是可以大规模开发利用的可再生清洁优质能源。

我国是世界上水能资源最丰富的国家，技术可开发量约四亿千瓦，其中，80%以上的水能资源都分布在西部地区。

西部地区多高山峻岭峡谷，易于修建有调节性能好的高坝大库工程。

当前，正是我国水电建设的重要发展时期，诸如：云南澜沧江小湾工程坝高292m；金沙江溪落渡工程坝高276m，雅砻江上高达305m的锦屏工程，黄河上游的拉西瓦水电站高达250m；以及近期可望开工建设众多大型水利工程，如金沙江的白鹤滩、虎跳峡等一系列300m级的重大高坝工程，与工程配套的进水塔高度都达到了100m以上。

进水塔设计的好坏，不仅关系到其本身功能的充分发挥，还涉及整个引水和泄水系统的正常运行，且进水塔的抗震安全性对确保水利枢纽的安全是至关重要。

在西部难以避让的强震区开发水电时，高耸进水塔的抗震安全成为需要高度关注和亟待解决的关键技术难题。

1试验模型1.1模型设计原进水塔塔体-地基有限元模型：如图1和图2所示，进水塔塔体-地基体系单元总数为38234，结点总数为43828。

塔体单元总数为7696，约占塔体-地基体系总单元数目的20%，结点总数为10443。

在塔体高程方向上取1.13m左右一层网格，塔体迎水面分为16份，每份大约0.9m，在塔体两侧面，塔体分为10份，每份大约1.6m。

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摘
７０６；．１０５２西安理工大学岩土所，西安
７０４１０２）
要：ＡＳＳ中的接触单元分析进水塔基础接触面力学模型对塔体结构应力影响；用ＮＹ经分析，基础接触面的力
学模型对扬压力作用的影响非常明显，对地基反力、地震作用影响很小；接触面力学模型对塔体结构应力影响主要表现在底板部位；触单元的接触面与目标面易发生相互嵌入而产生应力增加或降低的假象，接因此，对接触单元的
ＳＨＩＧｕｎ —ｂｉａｇｎ，
（．ｄｏｈｎｂｉｎｉｅｒｇＣｒｏａｉｎＣ１ＨｙｒｅｉａＸｉｅＥｇｎｅｉｏｐｒｔ，ＨＥＣｎｏＣ，Ｘｉｎ７０６ｈ１０５，Ｃｉａｈｎ；
２ＲｓａｃｓｔｔｏｅｔｈｉｌｎｉｅｒｇＸａｎｖｒｔｏＴｃｎｌｙｘ，７０４，Ｃｉａ．ｅｅｒｈＩｔｕｅｆｏｃｎａＥｇｎｅｎ，ｉｎＵｉｓｙｆｅｈｏｇ，ｉｎ１０２ｈｎ）ｎｉＧｅｅｉｅｉｏａ
应用一定要慎重。
关键词：进水塔；接触面力学模型；结构应力；ＮＹ；ＡＳＳ接触单元
中图分类号：Ｖ３．Ｔ７２１文献标识码：Ａ
ｈｌｕｅｃｆｍｅｈｎｃｏｌｏｎｔｋｏｒｆｕｄａｉｎｃｎｔｃｕｆｃｎｔｗｅｔｕｃｕｒｌｓｒｓｆｎｅｏｃａｉｓｍｄｅｆｉａｅｔｗｅｏｎｔｏｏａｔｓｒａｅｏｏｒｓｒｔａｔｅｓｌ
Ａｂｓｒｃ：ＴｈｅｃｎｔｃｌｍｅｔｉｔａｔｏａｔｅｅｎｎＡＮＳＹＳｉｐｉｄｔｎｌｚｈｅｉｌｕｎｅｏｃａｉｓｍｏｅｆｉｔｋｅｔｗｅｓａｐｌｏａａｙｅｔｎｆｅｃｆｍｅｈｎｃｄｌｏｎａｏｒ￣ｕｎｔｏｏｔｃｕ — ｅｄａｉｎｃｎａｔｓｒｆｃｎｔｅｔｗｅｔｔａｔｅｓａｅｏｈｏｒｓｒｕｒｌｓｒｓ．Ｔｈｅｒｓｌｓｓｗｈａｈｅｍｅｈａｉｓｍｏｅｆｆｕｄａｉｎｃｎｔｃｕｒａｅｈｓａｂｉｕｎｕｎｅｏｕｃｅｕｔｈｏｔｔｔｃｎｃｄｌｏｏｎｔｏａｔｓｆｃａｎｏｖｏｓｉｏｌｆｅｃｎｔｅｕｐｉ，ｂｅｓｉａｔｏｈ￣ｕｎａｉｎｃｕｔｒｆｒｅａｅｓｃａｔｏｈｌｆｔｕｔｌｓｍｐｃｎｔｅｄｔｏｏｎｅｏｃｎｄｓｉｍｉｃｉｎ．Ｔｈｅｉｕｅｅｏｏａｔｓｆｅｃａｉｓｍｏｅｎｔｅｎｌｆｎｃｆｃｎｔｃｕｒａｅｍｅｈｎｃｄｌｏｈ
的影响。
２０世纪７０年代，内外一些学者着手从事非连续国
介质力学研究 ¨ ｊ并相继提出了各种计算模型与，
ｃｔｏｆｃｎｔｃｌｍｅｔａｉｎｏｏａｔｅｅｎ．
Ｋｅｒｓｎａｅｔｗｅ；ｍｅｈｎｃｄｌｏｏｔｃｕｆｃ；ｓｕｔｒｌｓｒｓ；ＡＮＳｙｗｏｄ：ｉｔｋｏｒｃａｉｓｍｏｅｆｃｎａｔｓｒａｅｔｃｕａｔｓｒｅＹＳ；ｃｎａｔｅｅｎｏｔｃｌｍｅｔ
ｔｅｒｃｒｌｔｓａｎｐｅｒｏｅｂｔｍｆｏ．Ｔｅｃｎｃｅｍｎｓ￣ｃｎｅｏｊｃｓｒｃｅｅｓｙｅｅｄｄｗｔｏｒｔｔａｓｅｓｉｙａｐａｓｎｔｏｔｏｒｈｏｔｔｌｅｔｕａｅａｄｔｂｅｔｕｆｅａｉｍｂｄｅｉｗｓｕｕｒｍｌｈｏｌａｅｈａａｒｌｈ
水工建筑物与基岩之间接触面问题是一个多体
系统相互作用和接触问题，此类问题是非线性问题，
究多体系统相互作用和接触问题起到了重要作用，
文中借助ＡＳＳ中接触单元分析在静动力状态下，ＮＹ进水塔基础接触面力学特性的模拟对上部结构应力
西北水电・００年・第６期２１
文章编号：０－２１（０００ —Ｏ６ —０１６６０２１）６０３４０
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进水塔基础接触面力学模型对塔体结构应力的影响
石广斌（．１中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，西安
ｅｃｔｅ，ｗｈｃｙｉｄｃｈｌｅｓａｅｏｔｅｓｉｃｅｓｎｒｄｃｅｓｇｈｒｆｒ，ｃｒｆｌｔｎｉｎｓｏｌｅｐｉｅａｐｉａｈｏｈｒｉｈｍａｎｕｅｔｅｆｓｔｔｆｓｓｒａｉｇｏｅｒａｉ，ｔｅｅｏｅａｅｕｔｔｈｕｄｂａｄｔｔｐｌａｒｎｎａｅｏｏｈ —