联体式渡槽流固耦合动力特性分析.pdfVIP

篓 生 旦 水利与建筑工程学报 Journalofwa比； o dA 0Vo1．10No．5 一 ct．．20l2 联体式渡槽流固耦合动力特性分析 徐 威 ，刘 亮，武守锋 河海大学 土木与交通学院，江苏 南京 210098 摘 要：基于势流体假设建立渡槽——水流固耦合二维联体式渡槽模型 ，分别计算比较刚性地基约束 情况和考虑桩土作用的弹性地基约束情况的渡槽结构在不同水深工况下的计算结果 ，分析了联体式渡 槽的动力特性以及土一桩结构相互作用对上部结构动力特性的影响。计算结果表明：槽 内水体使结构自 振频率降低，并且随着水深的加大频率降低越多；考虑桩一土相互作用使渡槽结构变柔，自振周期变长， 因此在渡槽的静动力计算分析中有必要考虑桩土作用。 关键词：联体式渡槽；流固耦合 ；桩土相互作用；自振特性 中图分类号：TV312 文献标识码 ：A 文章编号：1672～l144 2012 o5—0018一o4 DynamicCharacteristicAnalysisforCombinedAqueduct th Fluid·solidCoupling XU Wei，L1U Liang，WU Shou—feng CollegeofCivilandTrafficEngineering，HohaiUniversity，Nanjing ，Jiangsu210098，China Abstract：Basedonthepotentialfluidassumptiontobuildtwo—dimensionalcombinedaqueductmodelwithfluid—solid coupling，theresultsofrigidfoundationmodelandelasticfoundationmodelarecalculatedandcomparedSOastoanalysis thedynamicchraacteristicsofcomb inedaqueductnadtheeffectontheupperstructurewhenconsideringthepile--soilin-· teraction．Theresultsshow thatthecouplingreactionbetweentheaqueductnadwaterwouldreducethefreevibrationfre— quencyofthesturcture，andthereducingvaluewouldraisedwihtwaterdepthincreasing；Inhtestaticanddynamicanal— ysisofaqueduct，thepile—soilinteractionshouldbeconsideredbecauseitcouldmakethesturcturebecomesoftandthe natural periodbecomeprolonged． Keywords：combined aqudeuct；fluid-solidcoupling；pile-soilniteraction；self-vibrationcharacteristics 渡槽结构是水利基础设施中的重要输水建筑物 槽动力特性 的影响，如边界元法 、AIJE型有限元法 之一。渡槽结构和桥梁结构相比有很大的区别，桥 等_2 j。相 比于线性分析方法，基于水体晃动的非 梁结构在使用过程中主要承受汽车荷载，与大型渡 线性分析方法更能近似模拟水体的实际情况。渡槽 槽结构所承担的巨大 自重和水荷载相比其量值大小 中的水是近似符合势流体假定的流体，采用基于势 是不可 比拟的Ⅲ】J。因此在研究渡槽的动力特性时考 流体水体模型可以简化计算并满足计算精度要求。 虑渡槽结构和槽 内水体的流固耦合作用是有必要 在现有的渡槽数值研究中，都将渡槽结构底部 的。目前大部分文献在分析渡槽结构与水体的流固 做刚接的简化处理，但是槽底人为的刚接增大了结 耦合作用时，采取了不同的水体简化模型：一种是基 构的刚度，与实际情况不相符合。桥梁工程中的大 于线性分析的方法，把水体当作附加质量作用于渡 量研究表明，桩土相互作用对桥梁的动力特性影响 槽结构上，与渡槽结构一起进行动力特性的研究。 较大，使结构变柔，自振周期延长，振型特点发生改 如附加质量模型、Housner模型；另一种是基于水体 变等[ ]。虽然渡槽结构与桥梁结构的作用荷载和 晃动的非线性分析方法，研究水体非线性晃动对渡 质量分布有较大差异，但是可以预见桩土相互作用 收稿 日期 ：0212-03．26 修稿 日期 ：2012．04．20 基金项 目：国家 自然科学基金 5O709O06 作者简介