进水塔的抗震分析

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《复杂结构进水塔抗震与稳定性研究》
作者： 祁勇峰； 崔建华； 谢晓玲
来源：现代水利水电工程抗震防灾研究与进展（2011年 第三届全国水工抗震防灾学术交流会） 时间：2011-10-21
【摘要】 进水塔结构是一种重要的独立坝体和岸边之外 的 塔形进口水工建筑物,地震作用下,其安全性关系到整个 电站的安全和效益。本文采用振型分解反应谱法对某 进水塔结构进行抗震分析,计算分析了进水塔结构的自 振特性,动位移、动应力。将动力计算结果与静力计算 结果进行叠加,对进水塔结构抗震性能进行评估,在此基 础上对结构进行抗滑、抗倾覆稳定分析,计算结果表明: 该进水塔结构的变形与强度、稳定性均能满足要求,可 为工程设计提供科学依据。
【结论】 （１） 通过弹性连接、动态接触这２种方案计算结果 的对比分析，可以确定塔背与回填砼间的动态接触情 况更符合地震作用下进水塔的实际受力情况。 （２） 通过质点振动频率、位移、速度、加速度等动 力特性方面进行的多因素分析，认为随着地基模量的 增加和上部结构刚度的增加，结构自振频率均相应增 大；而结构的振动位移、速度、加速度更多地取决于 地基特性，受上部结构刚度变化的影响不大。
《泸定水电站岸塔式进水塔结构动力响应分析》
作者：张子艳 , 任旭华, 乐成军, 刘爱环
来源：《第三届青年优秀科技论文集》第17页 时间：2013-03-01
【摘要】 根据泸定水电站岸塔式进水塔的结构特点,建立了 进水塔结构—水体—地基的三维动力有限元附加质量 模型。分析了进水塔结构在施工完建期空库工况和正 常蓄水位工况下分别与水平向、三向地震作用叠加的 动力特性,确定了可能引起结构破坏的最不利位置。计 算结果表明,水平向地震作用对结构应力应变影响较大, 竖向地震作用的影响较小。
【结论】 （1） 在单位脉冲加速度等效荷载作用后，节点位移 仍有部分振荡现象，不能迅速衰减为零，说明黏弹性 人工边界没能完全抑制地震波在人工边界处的反射， 需要进行改进和优化。建基面、塔背回填混凝土与塔 身接触位置等关键部位应力时程曲线与位移时程曲线 一致，在脉冲荷载作用后仍有部分振荡，然后逐渐衰 减为零，且衰减时间一般均很短，在3 s 处应力基本 趋于零值。
（2） 计算结果表明，上部排架结构可降低塔体结构的 地震反应，对塔体结构的抗震有利，可为同类水工结 构抗震分析提供参考。
《高耸进水塔结构在地震作用下的动态响应分析》
作者：李骞，李宁，任堂，雷光宇 来源：《防灾减灾工程学报》第３４卷第１期58页 时间：２０１４年２月5日
【摘要】 针对低周往返地震作用下的应力释放和应力调整 规律,引入动态接触单元,采用El Centro地震动时程分 析法,研究了接触非线性问题的高耸结构动态接触分析 方法。对比分析弹性连接和动态接触方法的差异性,针 对进水塔相互作用体系动力特性及响应影响规律进行 讨论,将该模拟方法应用到5·12汶川地震作用下的紫 坪铺1#泄洪塔工程。分析认为:考虑动态接触更符合地 震作用下进水塔的实际受力情况;振动位移、速度、加 速度更多地取决于地基特性,受上部结构刚度变化的影 响不大;该塔体的整体稳定性可以保证,与震后复核结果 相符。采用动态接触研究进水塔-岩体联合动力相互作 用是十分必要的。
《塔顶排架对进水塔动力反应的影响研究》
作者：龚存燕，张燎军，吴佐国 来源：《水电能源科学》第２９卷第７期第77页 时间：2011-07-25
【摘要】 基于国内某大型水利工程进水塔结构,采用ADINA 大型结构分析软件,利用其势流体单元模拟水体,构建了 塔体—地基—水体三维非线性流固耦合有限元分析模型, 分析了进水塔塔顶排架结构及塔体自振特性、地震反应, 研究了塔顶排架结构对进水塔动力响应的影响,结果可 为进水塔结构的抗震设计提供参考。
（2）依据波的反射和透射理论，采用等效荷载方法实 现了平面地震波斜波入射的有限元模拟。基于岸塔式 进水塔模型，分析在斜波入射地震荷载作用下，进水 塔结构的应力和位移时程曲线，结果表明，采用黏弹 性人工边界等效荷载方法可以实现地震波斜入射的输 入，结果与理论分析结果一致。但黏弹性人工边界没 能完全抑制地震波在人工边界处的反射，需进行改进 和优化。
【结论】 (1) 建立的进水塔结构——水体——地基的三维动 力有限元附加质量模型, 能较好地反映进水塔结构的 受力特性。在7 度设计地震作用下, 沪定水电站进水 塔结构的最大动位移为-6.41mm, 最大动应力为9.17 MPa , 并且最大值都出现在局部小范围内。 (2) 岸塔式进水塔是一种镶嵌在“ L ” 形地基上 的结构, 塔背与山体相连, 两侧由回填混凝土与山体 相连, 整体性较好, 其受力特性有别于独立进水塔结 构件, 因此, 利用westergard 公式计算, 计算结果较 为合理。
(3 ) 竖向地震荷载作用对整个结构的动力响应影响较 小, 符合规范“在一般情况下, 水工建筑物可只考虑 水平向地震作用” 的规定。 (4 ) 由于支撑横梁处的拉应力较大, 建议根据支撑梁 处局部应力分布规律, 调整支撑梁的设计, 加大截面 尺寸或加大横梁处的受力钢筋, 并适当提高此部位的 混凝土标号。 (5 )在浇筑塔Байду номын сангаас混凝土与回填混凝土及塔身混凝土与支 撑梁体系之间, 要布置一定数量的连接插筋, 以增强 进水塔结构与回填混凝土之间的整体性。
《高进水塔地震波斜波入射有限元分析》
作者：陈震，李长永 来源：期刊《人民黄河》第34 卷第3 期第131页 时间：2012-03-10
【摘要】 在水工结构抗震动力分析中,反应谱和时程分析 都是基于地震波垂直入射来考虑地震荷载的影响,而实 际地震波的传播方向往往是斜波入射。斜入射地震波 会引起地面运动的非一致变化,从而对结构产生很大的 影响。基于波动理论和黏弹性人工边界波动输入方法, 采用有限元模拟地震波斜波入射,并比较在45°斜波入 射情况下进水塔与基岩接触的上游建基面、塔背回填 混凝土与塔身接触位置等关键部位的顺水流向和竖向 加速度、位移、应力时程曲线,结果表明,采用黏弹性 人工边界等效荷载方法可以实现地震波斜入射的输入, 计算结果与理论分析结果一致。
（３）将采用动态接触单元以更真实反映塔体与地基、山 体间的动力相互作用的模拟方法应用到实际工程中，并 对动态接触情况下的结构整体稳定性进行了评价，认为 ５· １２地震作用下紫坪铺水利枢纽１＃泄洪塔局部（塔 背水面与底板交界附近角部的小范围区域）可能产生局 部瞬态拉裂缝，可在该部位进行适当配筋，但塔体的整 体稳定性仍是可以保证的。研究成果具有普遍适用性， 对实际工程设计具有指导和参考价值。
【结论】 （1） 有排架时结构、ｘ 方向地震作用时，动力响 应的极值基本均出现于排架附近，仅顺水流方向的动 正应力极值出现于进水塔与回填混凝土交接部位。当 输入ｘ 方向的地震波时，主要沿ｘ 方向的动位移最大； 排架其他两个方向的动位移均较小。排架动正应力值 尤其是垂直水流方向和竖向的正应力值很大，竖向正 应力极值均超过混凝土的材料强度范围，但均为应力 集中，影响范围不大。
结论： （1）采用振型分解反应谱法进行抗震分析，结果是正 确、合理的。计算结果表明，进水塔内的应力大部分 满足混凝土抗拉强度要求，在拦污栅墩与塔体之间的 联系梁、塔体顶部以及上游墙产生了较大的拉应力， 建议在以上部位加强配筋。 （2）按规范规定对结构进行抗滑、抗倾覆稳定分析， 计算结果表明，8度地震作用下，塔体结构是安全的。