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大型升船机塔柱结构动力模型试验研究
| 论文题名： | 大型升船机塔柱结构动力模型试验研究 |
| 关键词： | 大型升船机;塔柱结构;罕遇地震;抗倒塌性能;稳定性试验 |
| 摘要： | 鉴于齿轮齿条式升船机过坝速度快、运行安全可靠，已在我国的大型水利水电工程中得到广泛应用。但是齿轮齿条式升船机是近年来采用的结构型式，其抗震研究基础薄弱，现行抗震规范中均没有专门针对该结构抗震设计的条文，因此急需进行抗震研究。本文对地震设防烈度达8度的向家坝升船机采用大型振动台模型破坏试验及静力、动力弹塑性分析等手段深入研究了该结构的动力特性、动力响应、罕遇地震下抗倒塌性能和地震抗倾覆稳定性等关键科学和工程技术问题。其摘要如下: (1)针对重力失真和应变失真两套相似比尺的优缺点，通过振动台模型试验和理论分析提出更适合大型升船机塔柱结构“薄壁高耸、强柱弱梁”特点的动力相似比尺，即重力失真相似比尺较好，对简体结构而言试验结果偏于安全，对顶部联系梁其试验结果更加合理。本文研究将重力失真相似比尺应用于升船机塔柱结构动力模型试验。 (2)对向家坝升船机塔柱结构（包括塔柱、船厢以及平衡重系统等），进行1/25缩尺的振动台模型试验，并考虑了位于船箱与塔柱之间的纵向导向机构应用阻尼器以减少耦合力的试验方案。试验结果表明:塔柱顶部联系横梁刚度偏弱，在地震作用下，顶部横梁容易产生裂缝。塔柱结构整体抗震性能良好，满足小震不坏、中震可修和大震不倒的抗震性能目标;阻尼器的安装，对耦合力的降低十分有效，纵向总耦合力最大值减少约15％～22％; (3)采用静力弹塑性及动力弹塑性分析方法，研究了大型升船机塔柱结构的薄弱部位和可能的破坏模式，并与振动台模型试验结果进行了对比，规律一致。研究结果进一步表明该升船机结构抗震设计合理，具有多道抗震防线，有较好抗超设计地震的能力。 (4)基于MATLAB7.0程序，编制了摇摆反应控制方程的数值求解程序，并验证了其可靠性。利用该程序对大型升船机塔柱简化结构进行了抗倾覆能力研究。研究表明:地震波的特性、高宽比、结构尺寸对结构抗倾覆能力有很大影响。应重点关注升船机塔柱结构底部拉应力集中区，以防止过大拉应力引起底部脱开而摇摆失稳。 (5)针对目前振动台模型设计中，地震波根据时间比尺和加速度比尺进行缩放，得到的地震波具有脉冲特点，无法完全模拟地震波时间累积效应，提出了今后模型材料的研制与相似比尺设计考虑时间累积效应的设想，并进行了初步尝试。 |
| 作者： | 高建勇 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 邢义川;胡晓 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 中国水利水电科学研究院 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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