一种地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析方法技术

本发明专利技术公开了一种地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析方法，根据已建立或已规划升船机塔柱结构特点，建立了11个不同高度的升船机塔柱结构二维有限元模型，基于粘弹性人工边界条件，分别对其进行了时程法动力计算，根据计算结果汇总了不同高度升船机塔柱结构模型中的塔柱动态分布系数，拟定了升船机塔柱结构加速度动态系数建议曲线，并通过工程实例验证了拟定的建议曲线具有较大的安全裕度。本发明专利技术针对目前存在的升船机塔柱结构动态分布系数问题，给出了升船机塔柱结构动态分布系数建议曲线，对规范进行了完善。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析方法，属于塔柱结构抗震分析

技术介绍
：升船机具有消耗水少、投资省、造价低、过船速度快等优点，随着闸坝高度的增加，上述优点愈显突出，尤其是近十年来科学技术的发展，高坝通航的需要，使升船机建设进入了一个新的阶段。随着我国高水头水利枢纽的建设和内河水运的发展，大升程垂直升船机越来越受到人们的关注，，升船机的设计和研究工作日愈显得重要。目前国内外尚无专门的升船机结构设计规程、规范，《水工建筑物抗震设计规范(GB5073-2000)》、《建筑抗震设计规范(GB50011-2010)》、欧洲规范，以及《船厂卷扬式垂直升船机设计规范》，都没有对升船机塔柱结构抗震设计进行描述，升船机塔柱和进水塔塔体有一定的相似之处，目前大部分学者采用规范中规定的进水塔塔体质点动态分布系数来代替升船机塔柱结构质点动态分布系数，进行升船机塔柱结构的拟静力计算，但这样的做法存在一定的缺陷。综上所述，对于升船机塔柱结构地震作用下动态分布系数目前上没有规程规范可作为设计依据，有必要对其进行完善。
技术实现思路
专利技术目的：针对目前存在的升船机塔柱结构动态分布系数问题，本专利技术提供一种地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析方法，给出了升船机塔柱结构动态分布系数建议曲线，对规范进行了完善。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：r>本专利技术提出一种地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析方法，根据已建立或已规划升船机塔柱结构特点，建立了11个不同高度的升船机塔柱结构二维有限元模型，基于粘弹性人工边界条件，分别对其进行了时程法动力计算，根据计算结果汇总了不同高度升船机塔柱结构模型中的塔柱动态分布系数，拟定了升船机塔柱结构加速度动态系数建议曲线，并通过工程实例验证了拟定的建议曲线具有较大的安全裕度，具体包括如下步骤：步骤1、根据已建立或已规划升船机塔柱结构特点，建立11个不同高度升船机塔柱结构二维有限元模型，具体如下：测量出水口升船机、景洪升船机、彭水升船机、思林升船机、百色升船机和已规划150m超大升程垂直升船机塔柱结构高程H、底板厚度d、塔柱厚度δ、联系梁高度ε以及塔柱间的宽度χ等参数，参照测量得到的实际升船机塔柱结构尺寸参数，拟建立11个不同高度升船机塔柱结构，根据拟定的11个不同高度升船机塔柱结构的尺寸参数，建立其二维有限元模型，其中地基往升船机塔柱结构左右方向分别取2H，沿地基深度方向也取2H，离散网格采用四边形网格。步骤2、参照水工建筑物抗震规范，人工合成地震波，具体如下：参照水工建筑物抗震规范，只考虑水平向地震作用，地震设防烈度取为i，升船机场地的水平向设计加速度代表值取为αh，设计反应谱最大值的代表值按进水塔混凝土建筑物取为βmax和βmin，特征周期按j类场地取值即得tg，根据以上参数，得到该地震设防烈度下的升船机塔柱结构设计反应谱，按此设计反应谱采用三角级数展开的方法生成一条水平向地震加速度时程曲线，由已知的加速度时程曲线积分分别得到相应的速度时程曲线和位移时程曲线。步骤3、基于粘弹性人工边界条件，考虑无限地基辐射阻尼效应，分别对已建立的11个不同高度升船机塔柱结构进行动力时程计算，具体如下：粘弹性人工边界就是在人工边界上布置一系列每单位面积的阻尼系数为Cb的阻尼器和刚度系数为Kb的线性弹簧，也即介质中任一点的剪应力τ(rb,t)，具体为：τ(rb,t)=-G2rbu(rb,t)-ρcs∂u(rb,t)∂t---(1)]]>式中，Cb＝ρcs，rb为任意半径，G为剪切模量，ρ为介质质量密度，u为介质的出平面位移，cs为剪切波速，t为时间；基于粘弹性人工边界条件，考虑无限地基辐射阻尼效应，采用步骤2中生成的人工地震波，分别11个不同高度升船机塔柱结构进行动力时程分析。步骤4、根据步骤3的计算结果，汇总不同高度升船机塔柱结构动态分布系数，具体如下：将不同高度升船机塔柱结构沿高程方向动态分布系数进行汇总，绘制塔柱结构动态分布系数随高程的变化关系图，其中图横坐标为升船机塔柱结构动态分布系数，纵坐标为塔柱高度和塔柱高程的比值。步骤5、根据步骤4的汇总结果，拟定出升船机塔柱结构动态分布系数建议曲线，并通过工程实例验证所拟合的动态分布系数建议曲线的正确性，具体如下：首先，拟定出升船机塔柱结构动态分布系数建议曲线，该曲线为：当H≤60m时：ai=1+1.25(ziH)0≤ziH≤0.60.25+2.5(ziH)0.6<ziH≤1---(2)]]>当H＞60m时：ai=1+0.625(ziH)0≤(ziH)≤0.82.5(ziH)-0.50.8<ziH≤1---(3)]]>式中，ai为zi高度处升船机塔柱结构动态分布系数，为塔柱结构高度zi与高程H的比值；然后，针对彭水升船机、思林升船机和百色升船机塔柱结构，根据其具体升船机塔柱结构参数，按照步骤1所示分别建立其升船机塔柱结构二维有限元模型，采用步骤2中生成的人工地震波，基于步骤3中所示方法，对其进行动力时程分析，按照步骤4所述，汇总彭水升船机、思林升船机和百色升船机塔柱结构动态分布系数，验证所拟合的曲线的安全裕度。有益效果：本专利技术针对目前存在的升船机塔柱结构动态分布系数问题，给出了升船机塔柱结构动态分布系数建议曲线，对规范进行了完善。附图说明图1是升船机塔柱结构几何示意图；图2是升船机塔柱有限元模型；图3是VII级地震设防下升船机塔柱结构设计反应谱；图4是水平向地震波加速度时程曲线；图5是水平向地震波速度时程曲线；图6是水平向地震波位移时程曲线；图7是不同高度升船机塔柱结构动态分布系数随高程变化关系；图8是不同高度升船机塔柱结构动态分布系数随高程变化关系与进水塔规范建议曲线对比；图9是不同高度升船机塔柱结构动态分布系数随高程变化关系与拟定建议曲线；图10是算例中升船机塔柱结构动态分布系数随高程变化关系与拟定建议曲线；附图标记列表：1—地基，2—底板，3—塔柱，4—联系梁。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术。应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。本专利技术提供一种地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析方法，包括如下步骤：步骤1、根据已建立或已规划塔柱结构特点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、根据已建立或已规划升船机塔柱结构特点，建立11个不同高度升船机塔柱结构二维有限元模型；步骤2、参照水工建筑物抗震规范，人工合成地震波；步骤3、基于粘弹性人工边界条件，考虑无限地基辐射阻尼效应，分别对已建立的11个不同高度升船机塔柱结构进行动力时程计算；步骤4、根据步骤3的计算结果，汇总不同高度升船机塔柱结构动态分布系数；步骤5、根据步骤4的汇总结果，拟定出升船机塔柱结构动态分布系数建议曲线，并通过工程实例验证所拟合的动态分布系数建议曲线的正确性。

【技术特征摘要】
1.一种地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析方法，其特征在于
包括如下步骤：
步骤1、根据已建立或已规划升船机塔柱结构特点，建立11个不同高度升
船机塔柱结构二维有限元模型；
步骤2、参照水工建筑物抗震规范，人工合成地震波；
步骤3、基于粘弹性人工边界条件，考虑无限地基辐射阻尼效应，分别对已
建立的11个不同高度升船机塔柱结构进行动力时程计算；
步骤4、根据步骤3的计算结果，汇总不同高度升船机塔柱结构动态分布系
数；
步骤5、根据步骤4的汇总结果，拟定出升船机塔柱结构动态分布系数建议
曲线，并通过工程实例验证所拟合的动态分布系数建议曲线的正确性。
2.根据权利要求1所述的地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析
方法，其特征在于，所述步骤1具体如下：
测量出水口升船机、景洪升船机、彭水升船机、思林升船机、百色升船机和
已规划150m超大升程垂直升船机塔柱结构高程H、底板厚度d、塔柱厚度δ、
联系梁高度ε以及塔柱间的宽度χ等参数，参照测量得到的实际升船机塔柱结构
尺寸参数，拟建立11个不同高度升船机塔柱结构，根据拟定的11个不同高度升
船机塔柱结构的尺寸参数，建立其二维有限元模型，其中地基往升船机塔柱结构
左右方向分别取2H，沿地基深度方向也取2H，离散网格采用四边形网格。
3.根据权利要求1所述的地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析
方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：
参照水工建筑物抗震规范，只考虑水平向地震作用，地震设防烈度取为i，
升船机场地的水平向设计加速度代表值取为αh，设计反应谱最大值的代表值按
进水塔混凝土建筑物取为βmax和βmin，特征周期按j类场地取值即得tg，根据以
上参数，得到该地震设防烈度下的升船机塔柱结构设计反应谱，按此设计反应谱
采用三角级数展开的方法生成一条水平向地震加速度时程曲线，由已知的加速度
时程曲线积分分别得到相应的速度时程曲线和位移时程曲线。
4.根据权利要求1所述的地震作用下高耸升船机塔柱结构动态分布系数分析
方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭博文，赵兰浩，李同春，刘文化，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32