进水塔的抗震分析
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。
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进水塔结构复杂，在高地震烈度区表现为复杂的动力特性，塔体结构的稳定性直接关系到结构的安全性及设计的合理性。
文章采用三维动力有限元的方法，通过在人工边界上输入实测地震波来模拟地震作用，得到了进水塔结构动位移和动应力响应，并基于有限元计算结果进行了进水塔稳定性分析。
计算结果表明，拉拉山水电站进水塔在地震作用下是稳定的。
标签：进水塔；有限元；动力分析1 工程概况拉拉山水电站位于甘孜州巴塘县境内，电站为引水式开发，该电站位于巴楚河中游河段上，工程河段上起松多，下止措松龙，河段长23.5km，天然落差225m。
电站闸址位于松多乡松多村，正常蓄水位3004.00m，相应库容106万m3，电站装机容量96MW，具有日调节性能。
电站进水塔紧靠排污闸布置于左岸，进口分水角为64°51’59”。
进水口由喇叭口、拦污栅、进水闸组成，总长36.2m。
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 计算方法及假定利用ANSYS有限元分析程序建立三维有限元模型，地震作用采用时程分析法。
本次分析计算中所利用的时间历程分析理论的基本假定有：（1）库水假定为不可压缩流体，因此库水对进水塔的动力作用即相当于附加质量。
（2）地基为均匀体，并人为地截取一条边界作为地震输入边界。
在计算中假定地震运动沿人工边界均匀输入。
（3）假定人工边界范围以内的地基是“无质量地基”，在形成整个系统的特征矩阵时，地基单元只考虑弹性，不考虑质量，以消除波的传播效应，避免人为的放大作用。
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。
拉拉山水电站的场地类别属于III类，工程场地的地震基本烈度为Ⅷ度，进水塔未来50年超越概率为10%基岩地震动峰值加速度 1.85m/s2，特征周期为0.4s，进水塔抗震分析计算中选择场地实测波进行计算，本次计算考虑水平向地震波。
岸塔式进水塔结构的抗震与稳定性分析_程汉昆
基准期 ５ ０ 年内 ０． ２ ６ ３ ６ ３ ０． ２． 超越概率为 ５％
注： ａ Ｔｇ 为 特 征 周 期 ； ｈ 为设计地 震 加 速 度 代 表 值 ； ｍ ａ ｘ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 Ｆ ｉ １ Ｔ ｈ ｅ ｗ ｈ ｏ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｒ ｉ ｄ ａ ｎ ｄ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｇ． ｇ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｓ ｈ ｏ ｆ ｔ ｏ ｗ ｅ ｒ
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 ： ２ ０ １ １ ０ ４ ２ ６ ２ ０ １ １ ０ ６ ０ ７ － － － － ， ： 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 ， １ ９ ８ ５ Ｅ ａ ｉ ｌ ｃ ｈ ｋ ｔ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ －） －ｍ ＠ ｊ
（ ） 计算模型 。 采用 ＡＮ １ Ｓ Ｙ Ｓ 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 ｈ ｅ ｌ ｌ ６ ３ 板 壳 单 元 模 拟， 其他混凝土结构 、 地基采用 ｂ ｅ ａ ｍ １ ８ １ 梁单元模拟 ， ， ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ４ ５ 实体单 元 模 拟 附 加 质 量 采 用 ｍ ａ ｓ ｓ ２ １三 方向质 量 单 元 模 拟 。 竖 直 墙 向 底 板 实 体 单 元 ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ４ ５中延伸一 层 ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ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１ ０ ０ｍ 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
考虑粘弹性人工边界的高耸进水塔结构地震动态响应分析
考虑粘弹性人工边界的高耸进水塔结构地震动态响应分析刘云贺;郑晓东;张小刚【摘要】边界条件的选取对结构的计算设计有着显著的影响.本文通过ANSYS有限元方法建立了三维进水塔模型,接着分别采用无质量固定边界和粘弹性人工边界模拟了高耸进水塔结构在地震作用下的位移、应力和接触的分布规律,最后对进水塔抗震安全性进行了计算分析.结果表明:与无质量固定边界相比,在粘弹性人工边界条件下,塔体顶部峰值位移减小了10％～30％,塔体峰值应力减小了15％～30％,塔体x正向最大张开值和y正向最大张开值均有所减小,塔体稳定安全系数时程最小值增大了20％.研究结果表明粘弹性人工边界在实际工程设计中具有一定的精确性和适用性.【期刊名称】《西安理工大学学报》【年(卷),期】2016(032)002【总页数】8页(P134-141)【关键词】高耸进水塔;粘弹性人工边界;动态响应分析;接触分析【作者】刘云贺;郑晓东;张小刚【作者单位】西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TV312进水塔是引水和泄水系统最前端的水工建筑物，是水利枢纽工程宣泄洪水的安全通道。
它的整体抗震稳定性关系到整个引水、泄水系统甚至大坝的安危[1]，因此，进水塔的整体稳定性和抗震性能成为结构设计的重点。
在地震激励作用下，进水塔-地基是一个受力整体，两者之间的运动和变形相互影响，其中边界条件的选取对进水塔-地基结构的设计影响比较大。
目前，国内外在对进水塔地震动力响应及抗震安全性的研究方面取得了一定的成果，赵海涛[2]等采用振型分解反应谱法研究了进水塔的地震动力响应，刘亚琴[3]等采用动力时程法对沙牌水电站进水塔进行了震损模拟，李宁[1]等采用时程分析和反应谱法对紫平铺进水塔进行了动态响应研究。
上述研究成果大多是以无质量固定边界为基础的，在研究过程中忽略了地基辐射阻尼效应，这会使地震波在边界断面上发生反射，影响结构-地基相互作用的应力场和位移场，从而最终影响结构-地基模拟结果的准确性和真实性。
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。
溪古水电站进水塔稳定分析
（ ｏ ｈ ｅｔ ｙｒ ｏ ｓｌｎ ｎｉｅｒ， Ｈ Ｃ Ｘ ７ ０ ６ ， ｈｎ ） Ｎ ｒ ｗ ｓ Ｈ ｄｏＣ ｎｕｔ ｇＥ ｇ ｅ Ｃ Ｅ Ｃ， ｉｎ ０ ５ Ｃ ｉａ ｔ ｉ ｎ ｓ ｈ １ ＡｂｔａｔＩｔ ｅｔ ｅ ｉ ｔ ｃ ｒ，ｉ ｔｂｌｙｉ ｖｒ ｉｐｒ ｎ ｔ ｅｓｆ ｏ ｅａｏ ｆｈ ｈｌ ｐｏ ｃ ｕ ｄｒ ａ ｏｓｃｎ ｉ ｓ ｃ ： ａ ｗ ｒ ｓ ｈｇ ｓｕｔ ｅ ｔ ｓ ｉｔ ｓ ｅ ｏ ａｔｏｔ ａ ｐｒ ｉ ｏ ｔｅｗ ｏ ｒｊ ｔ ｎ ｅ ｒ ｕ ｏ ｄ— ｒ ｎ ｋ ｏ ｉａ ｈ ｒ ｕ ｓ ａ ｉ ｙ ｍ ｔ ｈ ｅ ｔｎ ｅ ｅ ｖｉ
部 分泄 洪外 还兼 有排 沙 、 紧急情 况下 放 空 、 闸后 导 下 流 等任务 ， 因此排 沙 （ 空 ） 在 各 种情 况 下 能 否安 放 洞 全 运行 对整 个 枢 纽 乃 至 整 个 流 域 的 安 全 都 非 常关
２ 计 算 方 法
根据 规 范 进 水 塔 的 稳 定 主 要 是 指塔 体 的抗 ｌ
ｔ ｎ ，ｅ ｐ ｃａｌ ｎ ｔ ｅ ｅ ｅ ｔｏ ａ ｔ ｑ ａ ｅ ｈ ｔｂ ｌ ｙ ｍｅ ｎ ａ ｅ ｔｗｅ ｏ ｙ ｃ ｎ ｂ ｇ ｉ ｓ ｆ ａ ｉ ｇ ｌ ｉｇ ａ ｄ ｔｐ ｌ ｇ ｎ ｉ ｓ ｓ ｅ ｉ ｙ ｉ ｈ ｖ ｎ ｆｅ ｒｈ ｕ ｋ ．Ｔ ｅ ｓａ ｉ ｔ ａ ｓｔ ｔ ｈ ｏ ｒ ｄ ａ ｅ ａ ａ ｎ ｔｌ ｔ ，ｓｉ ｎ ｎ ｐ ｉ ，ａ ｄ ｏ ｌ ｉ ｈ ｔ ｂ ｏ ｎ ｄ ｏ “ ｔｅ ｆｕ ｄ ｔ ｎ ｓｒ ｓ ａ ａｉｆ ｈ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ ｉ ｐ ｃｆ ａ ｉｎ ．Ｔ ｅ ｐ ｐ ｒａ ａｙ ｅ ｅｓａ ｉ ｔ ｆ ｎａ ｅｔ ｗ ｒ ｎ ｅ ａ ｉｕ ｏ ｄ — ｈ ｏ ｎ ａ ｉ ｔ ｓ ｃ ｎ ｓ ｔ ｙ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓ ｎ ｓ ｅ ｉ ｃ ｔ ｓ ｈ ａ ｅ ｎ ｌｚ ｓｔ ｔｂ ｌ ｙ ｏ ｔｋ ｏ ｅ ｄ ｒｖ ｒ ｓｃ ｎ ｉ ｏ ｅ ｓ ｉ ｏ ｈ ｉ ｉ ｕ ｏ ｔ ｎ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｌ ｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌ ｆ ｔｂ ｌ ｙ ｂ ｎｔ ｌｍｅ ｔａ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｌ ｔ ｏ ． ｉ ｓｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ａｃ ｌｔ ｅ ｕ ｔ ｏ ａ ｉ ｔ ｙ ｆ ｉ ｅｅ ｎ ｎ ｏ ｖ ｎ ｉ ａ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｏ ｓ ｓ ｉ ｉ ｅ ｏ
强震作用下进水塔非线性时程分析
强震作用下进水塔非线性时程分析曹伟【摘要】进水塔是水利枢纽输水系统的首部建筑物,是宣泄洪水的安全通道.通常在强地震作用下进水塔塔体响应强烈,局部混凝土进入塑性阶段,甚至产生破坏,针对此种情况,采用时程分析法,对某实际工程进水塔施加强地震作用,考虑塔体混凝土材料的非线性,对进水塔进行非线性时程分析.结果表明:进水塔在地震作用下,塔体响应随着地震作用的加强而加强,塔体腰部(塔体与塔背回填交界部位)混凝土最早进入塑性阶段,塑性破坏程度随着地震作用的推移与加强而加重,并从此部位向四周扩张,此部位为结构薄弱部位,这是因为结构自身特性与此部位为几何突变部位.研究成果对进水塔的设计与施工具有借鉴意义.【期刊名称】《广西水利水电》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】6页(P64-68,82)【关键词】进水塔;非线性;动态响应;时程分析【作者】曹伟【作者单位】新疆水利水电勘测设计研究院,乌鲁木齐 830000【正文语种】中文【中图分类】TV31我国水能资源丰富，其绝大部分分布在西部地区，占到全国总量的80%以上，我国的高坝大库多建于此。
西部地区地震活动频繁、强度高、震源浅[1]，地处这一地区的高坝、大库常常面临很强的地震作用，地震荷载也常被作为水利枢纽的控制荷载。
进水塔通常为高耸薄壁的结构型式，在强地震作用下，响应强烈，塔体局部混凝土进入塑性阶段，弹性计算无法真实表达塔体此时实际响应状态。
因此，考虑塔体混凝土材料非线性的进水塔动态响应分析具有实际意义。
关于进水塔动态响应分析[2]主要有反应谱法与时程分析法[3]。
反应谱法概念明确，计算相对简单、方便，能够考虑结构动态的基本自身特性，但反应谱法只是弹性范围内的概念，不能很好地处理结构在地震作用中的非弹性行为[4]，而且反应谱法的计算结果是结构地震反应的最大值，不能表达结构在地震作用中随时间的具体变化情况。
时程分析法是直接通过动力方程求解地震反应[5]，从地震发生的起始时刻算起到地震终止，可得到结构各质点随时间变化的动力行为，可进行材料非线性以及接触非线性等非线性计算，其计算结果相对于反应谱法计算结果与实际更符合。
地震作用下进水塔弹塑性损伤分析
地震作用下进水塔弹塑性损伤分析曹伟【摘要】进水塔荷载作用复杂,特别是塔体在地震荷载作用下,塔体混凝土的强度、刚度会在往复作用进程中逐渐降低,所以把这些复杂、真实的因素考虑进去,对进水塔进行弹塑性损伤动态分析,并寻求其损伤破坏模式具有实际意义.根据能量等价原理并结合混凝土设计规范,建立进水塔混凝土弹塑性本构关系与损伤模型,结合实际进水塔工程,建立塔体-地基三维有限元模型.根据计算结果,分析塔体损伤破坏的进程模式.结果表明,塔体拉压损伤比压损伤严重,拉压损伤主要集中在塔体腰部且损伤程度较高,在地震作用进程中塔体损伤由无到有,破坏程度加重,破坏区域向四周扩张.分析结果对类似工程具有实际意义.【期刊名称】《水利科技与经济》【年(卷),期】2018(024)009【总页数】6页(P26-30,40)【关键词】进水塔;非线性;混凝土损伤;有限元法【作者】曹伟【作者单位】水利部新疆水利水电勘测设计研究院,乌鲁木齐 830000【正文语种】中文【中图分类】TU3130 引言进水塔作为水利枢纽中的组成部分，大多高耸孤立在水库中[1]，在地震作用下响应强烈。
若在地震中遭到破坏将会导致库水位上升，进而严重威胁整个水利枢纽的安全，其抗震问题严峻。
进水塔塔体混凝土作为一种非均质准脆性材料，它的破坏是由于其中的微裂缝在荷载作用下不断萌生和拓张，形成宏观裂缝并且不断发展，最终导致结构失效破坏。
宏观力学参数演化表征为随着微裂缝的发展，其强度和刚度逐渐降低，这一特性被称为混凝土损伤[2]。
图1为混凝土单轴往复拉压应力-应变图，由图1可以看出在往复动荷载作用下，混凝土的这一特性表现得尤为突出。
所以在对进水塔进行动力分析时，应该把混凝土损伤特性考虑进去，使其结果更加贴合实际、准确，有利于设计人员作出更准确的判断，作出更可靠的设计[3]。
其次考虑混凝土损伤后的进水塔损伤分析，可以更好呈现进水塔在地震进程中的损伤破坏过程[4]，有助于设计人员有针对性地重点做出设计[5]。
水电站进水塔结构抗震设计要点分析
水电站进水塔结构抗震设计要点分析发表时间：2016-08-12T10:53:19.407Z 来源：《工程建设标准化》2016年6月总第211期作者：鲁舟洋[导读] 其在运行的过程中安全性可能会受到地震等自然灾害的威胁，所以在设计的过程中需要针对水电站进水塔结构进行抗震设计。
鲁舟洋（中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西，西安，710065）【摘要】水电站进水塔结构的安全性和可靠性直接关系到水电站的生产安全性和整体效益，所以一直受到高度关注，本文在对水电站进水塔结构进行系统分析的基础上，结合实际案例，对水电站进水塔结构抗震设计要点展开分析，为提升水电站运行的稳定性和持续性做出努力。
【关键词】水电站；进水塔结构；抗震设计要点前言：水电站的进水塔通常设置在水位变化幅度较大的天然河道、人工水库、胡波、调节池等水体的供水或泄水系统的首部，其在运行的过程中安全性可能会受到地震等自然灾害的威胁，所以在设计的过程中需要针对水电站进水塔结构进行抗震设计。
一、水电站进水塔结构分析受不同水电站进水塔的工程地质、作业环境、地形条件等方面存在差异影响，目前水电站进水塔要分为纯塔和斜塔两种形式，前者主要应用于山岩不理想且岸坡较缓的施工条件，而后者主要利用斜靠岸坡提升自身结构的稳定性，在应用的过程中启闭机室和山岩间不需要架桥连接，而且闸门槽和喇叭口等结构需要设置在山岩以外，但两者在结构上通常均为钢筋混凝土薄壁空腹塔式结构，需要利用工作桥将结构顶部和河岸相连，此种结构在应用过程中水压力会对其四周同时产生作用[1]。
目前我国在对水电站进水塔进行结构设计前，需要先对其进行结构布置，以一字型和独立型结构布置为主，例如我国黄河小浪底塔形为一字型布置，其在动力稳定性、垂直刚度和动力校核等方面都具有明显的优势；泸定水电站采用独立型布局，其主要应用于单洞流量较大的泄洪洞进口，其在顺流刚度、塔体高度与塔体厚度的比值均较大，对结构抗折设计的要求较高。
基于耐震时程法的进水塔结构抗震性能分析
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基于耐震时程法的进水塔结构抗震性能分析
赵 杰,杨 杰,李晓娜
(西安理工大学 西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西 西安 ７１００４８)
其抗震性能对水电站的安全运行有重要意义.以沙牌
摘要:进水塔结构作为水电站的进水建筑物,
水电站的高耸独立进水塔结构为研究对象,应用 ３ 条耐震时程曲线对其进行抗震性能分析与评估,
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泸定水电站泄洪洞进水塔结构抗震安全分析
文章编号:100722284(2010)0120124204泸定水电站泄洪洞进水塔结构抗震安全分析张继勋1,任旭华1,王海军1,乐成军1,2(1.河海大学水利水电工程学院,南京210098;2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,成都610072) 摘 要:水电站泄洪洞进水口结构的安全关系到整个电站的安全和效益,泸定水电站泄洪洞进水口工程规模大,特别是2号泄洪洞进口塔体较高,其体型和边界受力情况都较为复杂。
通过三维有限元对2号泄洪洞开展动、静力分析研究,计算分析了进水塔结构的自振特性,并通过反应谱方法计算了在水平向地震作用下进水塔结构的动力响应,包括动位移、动应力和加速度分布,论证了其抗震安全性。
计算结果表明,在地震力作用下,进水塔结构的变形与强度均能满足要求,但在抗震薄弱部位应力较大,在结构设计时需采取特殊措施,以确保塔体结构的安全。
计算结果可为进水塔结构设计提供科学依据。
关键词:泄洪洞;进水塔;有限元;抗震分析 中图分类号:TV312 文献标识码:AAn Analysis of Q uake 2proof Structures in Flood C arrying H olesof the Intake Tow er of the Luding Pow er StationZHANG Ji 2xun 1,REN Xu 2hu a 1,WANG H ai 2jun 1,L E Cheng 2jun 1,2(1.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering ,Hohai University ,Nanjing 210098;2.Chengdu Hydroelectric Investigation and Design Institute of China Hydropower Consulting Group ,Chengdu 610072,China )Abstract :The safety of the structure in the spillway tunnel intake of the hydropower station is very important in the security and benefit of the entire hydropower station.The spillway tunnel intake of L uding Hydropower Station is a large 2scale project ,especial 2ly ,with the high NO.2spillway tunnel intake tower ,which has a complex body form and boundary conditions.Through a 3D 2FEM static and dynamic analysis of the NO.2spillway tunnel ,the self 2vibration characteristics of the intake tower structure is studied.Furthermore ,this paper ,through the response spectrum method ,research is done on the dynamic response of the intake tower structure ,including the dynamic displacement ,dynamic stress and the acceleration distribution ,by the horizontal earthquake ,and the safety of the earthquake resistance is demonstrated.The result shows that ,the deformation and intensity of the intake tower struc 2ture meet demands.However ,the stress is very high in the weak earthquake 2resistant region where special measures should be taken to ensure the security of the tower structure .The results will provide a scientific base for the design of the intake tower structure.K ey w ords :spillway tunnel ;intake tower ;FEM ;earthquake resistance analysis收稿日期:2009203204基金项目:国家自然科学基金委员会,二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金项目(50539090)。
岸塔式进水口结构抗震分析
根据进水 口平面布置图 ，建立 了三维有 限元
计 算 模 型 。 进 水 口边 墩 、 中墩 、横 墙 、楼 板 采 用 ｓ ｈ ｅ Ｕ ６ ３壳 单 元 ， 梁结构采用 ｂ ｅ ａ ｍ１ ８ ８单 元 ， 其 他 混
２ 计 算方 法
２ ． １ 基 本假 设
凝 土结构、 地基采用实体 ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ４ ５单元 ， 附加质量采 用ｍ ａ ｓ ｓ ２ １ 三方 向质量单元。进水 口齿槽底部高程
ｍ； 塔 顶 高 程为 ２ ７ ２ １ ． ０ ｍ。 为 了避免 地 基 对地 震 效
应 的放 大作 用以及地 震波反射对结 构 的影响 ， 半
无 限域 地 基 按 照 传 统 无 质 量 地 基 模 型 进 行 模 拟 ， 底 部 采 用 固定 约 束 ， 四 周采 用黏 弹性 边 界 ［ ５ ］ 。 计 算 模 型 坐 标 选 取 如 下 ：顺 水流 水 平 方 向为 轴， 指 向下 游 为 正方 向 ； 垂 直 轴水 平 方 向作 为 】 ， 轴 ；竖 直 向上 为 ｚ轴 ， ｚ轴 与 ， ｙ轴 成 右 手
［ 中图分类号 ］ Ｔ Ｖ ３ １ ３ ［ 文献标识码 ］ Ｂ
０ 引 言
水 电站进 水 口位 于 输 水 系统 首 部 ，其 功 能 是 按 负荷 要 求 引 进 发 电用 水 。 水 电站进 水 口可 分 为 有压 进 水 口及 无 压 进 水 口两 大 类 ，其 中有 压 进 水 口又可 以分 为 竖 井式 进 水 口 、 岸 塔 式进 水 口、 塔 式 进 水 口及 坝式 进 水 口【 ， 】 。 某 水 电站 进 水 口为 岸 塔 式 进 水 口 ，总 宽 度 为 ８ ７ ． ０ ｍ， 顺 水 流 方 向长 度 为 ２ ８ ． ５ ｍ， 塔高 ３ ４ ． ０ ｍ。 进 水 口顺 水 流 方 向分 为 拦 污 栅 段和 闸 门段 ，塔 顶
某水电站进水塔地震作用下鞭梢效应分析
元,其 中 塔 柱 及 顶 部 排 架 柱 共 有 18 531 个 节 点,
15032 个单元。
3 计算参数
3
.1 材料参数
某进水塔由 3 种 不 同 强 度 的 混 凝 土 构 成, 具 体 参
数见表 1。
区域
名称
排架柱
塔柱
· 14 ·
破坏将会导致水利 工 程 安 全 受 到 严 重 影 响, 进 水 塔 在
强震作用下破坏 尤 为 明 显, 因 此, 进 水 塔 的 抗 震 安 全
要小于主要承受荷 载 的 塔 柱 结 构, 使 得 在 塔 柱 顶 部 与
机排架柱即为突出 的 构 筑 物, 其 排 架 结 构 的 侧 向 刚 度
.02
8
.81
5
.96
0
.08
4
.69
4
.35
0
.07
0
.16
7
.46
6
.57
0
.21
12
.13
0
.13
19
.08
0
.23
0
.07
0
.03
0
.07
0
.15
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.33
16
.63
19
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9
.02
9
.24
9
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9
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8
.90
4
.66
4
.29
4
.38
4
.64
5
.85
6
.14
210984851_高海拔寒冷地区某水电站泄洪洞进水塔抗震安全分析
文章编号:1006 2610(2022)06 0094 04高海拔寒冷地区某水电站泄洪洞进水塔抗震安全分析姚英全1,李 超2,李跃涛2,王 伟2(1.西藏开发投资集团有限公司,拉萨 850000;2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)摘 要:水电站建筑物中,泄洪洞进水塔结构为重要建筑物,保证水电站泄洪功能的实现㊂某水电站位于高海拔寒冷地区,泄洪洞进水塔工程规模大,塔体高90m㊂采用三维有限元法,考虑高海拔对重力加速度的修正,考虑寒冷地区水库库周冰层对塔体的冰压力作用,应用振型分解反应谱法计算塔体的动态响应,论证其抗震安全性㊂结果表明,该高海拔寒冷地区进水塔在地震作用下是安全的,满足抗震要求㊂关键词:抗震分析;进水塔;高海拔;寒冷地区中图分类号:TV732.1 文献标识码:A DOI :10.3969/j.issn.1006-2610.2022.06.016Seismic Safety Analysis of the Flood Discharge Tunnel Inlet Towerof a Hydropower Station in High -altitude Cold AreaYAO Yingquan 1,LI Chao 2,LI Yuetao 2,WANG Wei 2(1.Tibet Development and Investment Group Co.,Ltd.,Lhasa 850000,China ;2.PowerChina Northwest Engineering Corporation Limited ,Xi'an 710065,China )Abstract :In the hydropower station structures ,the flood discharge tunnel inlet tower is an important structure to guarantee the flood dischargefunction of the hydropower station.A hydropower station is located in high-altitude cold area ,and the flood discharge tunnel inlet tower is a large -scale project with the tower body of 90m high.Based on the three-dimensional finite element method ,considering the correction of gravitational acceleration at high altitude and the ice pressure effect of the ice layer around the reservoir in cold areas ,the dynamic response of the tower is calculated by mode-superposition response spectrum method ,and its seismic safety is demonstrated.The results show that the inlet tower in the cold area at high altitude is safe under the action of earthquake and meets the seismic requirements.Key words :seismic analysis ;inlet tower ;high altitude ;cold area 收稿日期:2022-11-15 作者简介:姚英全(1991-),男,青海省乐都县人,工程师,主要从事清洁能源项目建设管理工作.0 前 言水电站建筑物中,泄洪洞进水塔结构为重要建筑物,进水塔自身的结构安全,保证水电站泄洪功能的实现㊂关于进水塔抗震安全分析的相关研究成果较多,石广斌认为塔体底部与地基之间的接触面应避免使用接触单元,减小抗震计算模型误差[1];邵明磊的研究表明反应谱法计算的抗震侧向稳定系数较拟静力法偏大[2];程琦认为塔后回填混凝土和塔间连系梁对塔体前5阶自振频率有较大影响[3];郭浩洋对某进水塔顶部排架结构进行了分析研究[4];但尚无关于在高海拔寒冷地区的进水塔抗震分析文献,此种特殊环境的进水塔,塔身运行期容易受到库水表面冰压力作用,且高海拔地区重力加速度受海拔高度的影响容易被忽略㊂本文以高海拔寒冷地区某水电站泄洪洞进水塔为例,考虑高海拔对重力加速度的影响以及寒冷地区水库库周冰层对塔体的冰压力作用,进行了抗震安全分析,为进水塔抗震安全分析提供借鉴案例㊂1 工程概况某水电站位于西藏海拔3500.00m 以上的高海拔寒冷地区,地势高,气候寒冷干燥,昼夜温差大,冰雪期长㊂工程规模为Ⅰ等大(1)型工程,泄洪洞49姚英全,李超,李跃涛,王伟.高海拔寒冷地区某水电站泄洪洞进水塔抗震安全分析===============================================进水塔为1级建筑物,抗震设计烈度为Ⅶ度,场地类别为Ⅰ类,设计地震加速度的概率水准为100年超越概率2%,加速度峰值0.239g㊂泄洪洞布置于左岸溢洪道左侧,为有压泄洪洞型式,建筑物由进水塔㊁压力隧洞㊁工作闸门室㊁无压隧洞㊁挑流鼻坎组成,建筑物全长930m㊂泄洪洞进水口采用岸塔式,进水口顶板采用椭圆曲线,曲线方程为x 2/92+y 2/32=1,两侧采用椭圆曲线,曲线方程为x 2/62+y 2/22=1㊂泄洪洞进口底板高程为3812.00m,底板厚5.0m,塔顶高程3897.00m,塔高90m,塔宽23m,顺水流方向长度15.0m㊂进水塔内设有事故检修门一道,事故检修门孔口尺寸7.0m×9.0m(宽×高)㊂泄洪洞进水塔体型如图1~2㊂图1 进水塔上游立视 单位:cm图2 进水塔纵剖面 单位:cm 泄洪洞进水塔位于左岸缓坡山梁,岩性为薄层状砂质板岩,位于弱风化中部,属Ⅲ2类岩体㊂2 计算模型㊁参数及作用组合2.1 计算模型地震作用时,考虑水体产生对塔体的动水压力,在塔体表面施加质量单元㊂围岩地基参数不考虑自身质量,弹性模量取7GPa,泊松比取0.25㊂模型在3个方向均取大于200m 的范围,以反映地基对塔体动态响应特性影响[5]㊂地基水平向边界按法向约束,底部边界按三向约束,塔体与冰层接触部位按法向约束[6]㊂整体有限元模型见图3,划分网格后59西北水电㊃2022年㊃第6期===============================================产生单元数105829,节点数51983[7]㊂塔体有限元模型见图4,其中塔体单元数30778,节点数37289[8]㊂坐标系采用直角坐标系,坐标原点位于进水塔底板底高程上游面的中点处,X 轴正方向为塔体顺水流向,Y 轴正方向为塔体左岸水平向,Z 轴正方向为竖直向上方向[9]㊂图3 整体有限元模型图4 塔体有限元模型2.2 计算参数(1)混凝土本次计算所采用的物理力学参数见表1[10]㊂表1 混凝土参数混凝土强度等级强度设计值轴心抗压f c /MPa 轴心抗拉f t /MPa 弹性模量E c /MPa泊松比μ容重/(kN㊃m -3)C2511.91.272.80×1040.16725(2)重力加速度该水电站地处高海拔地区,进水塔自重及地震峰值加速度与当地的重力加速度相关[11]㊂根据1980年大地参考系,正常重力公式为:g φ,1980=9.780327(1+0.00530244sin 2φ-0.00000585sin 22φ)(1)公式(1)中:φ为计算点纬度,rad㊂与正常重力公式对应的随高度变化计算公式为:dgdh=-3.08769×10-6(1-0.014437sin 22φ)(2) 经估算,高度每增加1m,重力值减小约3.09×10-6m /s 2,该水电站所在县城纬度为31.88°,海拔3980.00m,根据公式(1)可得出对应纬度下海拔高度为零的重力值,根据公式(2)进行海拔高度修正,可得到该水电站所在地重力加速度为9.79473m /s 2,比标准正常重力加速度9.80665m /s 2降低0.01192m /s 2㊂计算时,根据上述重力加速度调整㊂(3)冰压力该水电站地处寒冷地区,地势高,气候寒冷干燥,昼夜温差大,冰雪期长㊂计算考虑静冰压力对进水塔的影响㊂据工程所在地气象资料推算,本工程库区冰盖厚度约47cm,冰层升温膨胀时作用于塔体的静冰压力见表2[12]㊂表2 静冰压力计算冰层厚度/m 冰压力标准值/(kN㊃m -1)冰压力系数荷载分项系数冰压力计算值/(kN㊃m -1)0.47118.251.251.1162.592.3 作用组合进水塔的主要荷载可分为静荷载和动荷载㊂静荷载:自重㊁静水压力㊁冰压力㊁扬压力㊁淤沙压力㊁风压力㊁设备自重等;动荷载:地震作用㊁地震动水压力和地震动土压力等㊂地震工况考虑进水塔结构满库且库水表面冰冻状态与地震作用叠加,地震作用主要考虑塔体自身㊁塔顶门机㊁启闭机㊁闸门所产生的地震惯性力及动水压力㊂3 计算结果与分析3.1 自振特性分析塔体前六阶振型情况见表3,前两阶振型见图5,塔体为窄高型高耸结构,水平两向刚度小,其中垂直水流向刚度最小,因此第一阶以垂直水流向水平振动为主,第二阶以顺水流向水平振动为主㊂考虑塔体受冰盖约束作用后,塔体前六阶振型并未有本69姚英全,李超,李跃涛,王伟.高海拔寒冷地区某水电站泄洪洞进水塔抗震安全分析===============================================质改变,分析原因在于冰盖约束作用较弱㊂表3 进水塔前六阶振型特征阶次频率/Hz周期/s顺水流向垂直水流向竖直向振型描述1 1.4520.6890.005234.400.00塔体垂直水流向摆动2 1.9670.5084453.300.00 4.43塔体顺水流向摆动3 5.7850.1730.00-4409.200.00塔体垂直水流向摆动4 6.8800.1450.00 1.970.00塔体沿竖向轴扭动58.6780.115-2952.900.00-243.53塔体顺水流向摆动610.2830.097-6.110.005898.90塔体竖向摆动图5 塔体前两阶振型3.2 地震工况结果振型分解反应谱法只得到纯动力作用的效应,地震工况采用正常蓄水位满库且表面冰冻和地震的组合,考虑到动力计算结果已平方和开根号为正值,采用 静力+动力”和 静力-动力”两种方法组合[13]㊂地震工况下,塔体结构以拉应力为主,拉应力最大值为4.90MPa,位于塔体与3856平台相交处,由于该部位塔体截面突变,地震工况下产生了较大拉应力,且应力梯度变化较大,建议通过配筋增加承载能力㊂塔体结构压应力最大值为-12.41MPa,位于底板底面左㊁右岸侧端部,满足C25混凝土的动态抗压强度要求㊂塔体主应力极值汇总见表4,主应力见图6~7㊂考虑加速度修正后后,塔体位移及主应力并未有大幅度减小,分析原因在于加速度修正幅度较小㊂表4 塔体主应力/MPa地震工况S 1max 出现位置S 3max 出现位置静+动 4.90塔体与3856平台相交处-5.00板底面左㊁右岸侧端部静-动1.23流道顶板跨中通气孔附近-12.41板底面左㊁右岸侧端部地震工况下,塔体结构位移分布均呈由塔顶至塔底㊁由下游至上游逐渐减小的分布规律[14]㊂塔体结构的垂直水流方向的位移较大,与塔体主振型为垂直水流向摆动的振动特性是一致的㊂塔体结构综合位移最大值为27.98mm,位于塔顶下游侧部位㊂塔体结构的各向变形均不大,说明结构具有足够的刚度㊂塔体各向位移及总位移汇总见表5,总位移云图见图8㊂图6 塔体第一主应力S 1 单位:MPa图7 塔体第三主应力S 3 单位:MPa表5 塔体位移/mm地震工况U x U y U z U sum 静+动14.9923.57-2.4227.98静-动-11.53-23.94-7.4727.59图8 塔体总位移U 单位:mm4 结 论(1)从地震动响应应力结果来看,地震工况下结构局部拉应力较大,主要集中在流道顶板下表面㊁流道底板上表面㊁塔体外表面,且由于塔体与平台相交处几何突变,拉应力也较大㊂塔体其余大部分区域的动拉应力并不大,拉应力水平低㊂拉应力大值出现于表层或是角部,不会对整体产生破坏性影响㊂考虑加速度修正后后,塔体主应力并未有大幅度减小,分析原因在于加速度修正幅度较小㊂(2)从地震动响应位移结果来看,通过观察塔体在顺水流方向和垂直水流方向的变形,两个方向变形量值都不大,不会发生向岸外或左㊁右岸的大量运动变形㊂考虑加速度修正后,塔体位移并未有大幅度减小,分析原因在于加速度修正幅度较小㊂(下转第103页)79西北水电㊃2022年㊃第6期===============================================体均偏小,可能会对超大跨度㊁超高边墙洞室造成偏不利评估㊂(3)随着后续开挖的进行,采用松弛参数及匹配的应变软化模型进一步开展计算值与实测值的对比评估,进行洞室动态反馈调整,从而优化支护系统㊂参考文献:[1] 朱合华,张琦,章连洋.Hoek-Brown强度准则研究进展与应用综述[J].岩石力学与工程学报,2013,32(10):1945-1963. [2] 闫长斌,徐国元.对Hoek-Brown公式的改进及其工程应用[J].岩石力学与工程学报,2005,24(22):4030-4035. [3] 夏开宗,陈从新,刘秀敏,等.基于岩体波速的Hoek-Brown准则预测岩体力学参数方法及工程应用[J].岩石力学与工程学报,2013,32(07):1458-1466.[4] 韩斌,肖清,丁新潮,等.金川水电站地下洞室围岩初始地应力分布规律研究[J].西北水电,2022(02):67-70. [5] 黄鹏,狄圣杰,刘静,等.大型地下洞室群施工期围岩力学参数多维动态反演及应用[J].西北水电,2022(05):138-144. [6] 苏永华,封立志,李志勇,赵明华.Hoek-Brown准则中确定地质强度指标因素的量化[J].岩石力学与工程学报,2009,28(04):679-686.[7] 刘立鹏,姚磊华,陈洁,王成虎.基于Hoek-Brown准则的岩质边坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报,2010,29(S1): 2879-2886.[8] 李远耀,殷坤龙,代云霞.基于广义Hoek-Brown准则强度折减法的岩坡稳定性分析[J].岩土力学,2008,29(S1):347-352.[9] 潘阳,赵光明,孟祥瑞.基于Hoek-Brown强度准则的巷道围岩弹塑性研究[J].工程地质学报,2011,19(05):637-641. 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(上接第97页)(3)针对塔体结构局部体型突变处,采取边角修圆㊁贴坡等过渡处理,减小结构应力集中,改善塔体体型㊂针对某高海拔寒冷地区泄洪洞进水塔,考虑高海拔对重力加速度的减小影响㊁考虑水库库周冰层对塔体的冰压力作用,进行了抗震安全分析,塔体在地震作用下,从动应力㊁动位移及采取的抗震构造措施来看,进水塔在地震作用下是安全的,可以满足抗震要求㊂参考文献:[1] 石广斌.进水塔基础接触面力学模型对塔体结构应力的影响[J].西北水电,2010(06):63-66.[2] 邵明磊,杜慧超.地震作用下岸坡坝段侧向抗滑稳定对比分析[J].西北水电,2018(06):31-34.[3] 程琦.基于流固耦合的某水电站进水塔参数的敏感性分析[J].西北水电,2021(02):83-86.[4] 郭浩洋.某水利工程导流洞进水塔排架结构有限元计算[J].西北水电,2020(02):69-73.[5] 张继勋,任旭华,王海军,乐成军.泸定水电站泄洪洞进水塔结构抗震安全分析[J].中国农村水利水电,2010(01):124-127.[6] 丁科,殷水平.有限单元法[M].北京:北京大学出版社,2012.[7] 陈国荣.有限单元法原理及应用[M].北京:科学出版社,2009.[8] 文国治,李正良.结构分析中的有限元法[M].武汉:武汉理工大学出版社,2010.[9] 任重.ANSYS实用分析教程[M].北京:北京大学出版社,2003.[10] 中华人民共和国能源局.水工混凝土结构设计规范:DL/T5057-2009[S].北京:中国电力出版社,2009. [11] 李庆忠,刘乃华,黄大伦.重力加速度值的计算及实际应用[J].计量技术,2001(04):11-15.[12] 中华人民共和国电力工业部.水工建筑物荷载设计规范:DL5077-1997[S].北京:中国电力出版社,1998. [13] 邓凡平.ANSYS10.0有限元分析自学手册[M].北京:人民邮电出版社,2007.[14] 徐鹤山.ANSYS在建筑工程中的应用[M].北京:机械工业出版社,2005.301西北水电㊃2022年㊃第6期===============================================。
小浪底水利枢纽进水塔群抗震设计
小浪底水利枢纽进水塔群抗震设计
刘存禄
【期刊名称】《人民黄河》
【年(卷),期】1995(017)006
【摘要】对进水塔型及抗震布置进行了优化。
按远震，近震和水库诱发地震，对三类塔型进行了拟静力法及考虑基础变形的拟静力法抗倾覆稳定分析，非线性稳定分析，反应谱法有限元动力分析，并进行了孔板塔抗震动力模型试验，分析了塔体抗倾覆及抗滑动力稳定性，塔体动力特性，加速度反应。
动水压力反应，动位移反应和动应力反应。
试验和动分析结果基本上得到相互验证，计算结果稍偏于安全。
计算和试验结果表明，在设计地震作用下，塔体的抗倾覆
【总页数】8页(P44-51)
【作者】刘存禄
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TV732.1
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5.小浪底水利枢纽进水塔温度作用分析研究 [J], 申相水;耿莉;董昊雯
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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。