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大型水电站厂房结构流固耦合分析

水力发电学报 2012年第6期31卷 192-197页

作者：张存慧马震岳周述达张运良长江勘测规划设计研究院武汉430010 大连理工大学水利工程学院辽宁大连116024

采用基于势的流体单元模拟水电站厂房流道内水体,通过流固耦合界面反应水电站厂房结构与流道内水体的相互作用,对结构的自振和抗震特性进行数值求解,并与不考虑水体时的计算结果对比。研究成果表明,流道内水体不同程度地改变了厂房结构... 详细信息

采用基于势的流体单元模拟水电站厂房流道内水体,通过流固耦合界面反应水电站厂房结构与流道内水体的相互作用,对结构的自振和抗震特性进行数值求解,并与不考虑水体时的计算结果对比。研究成果表明,流道内水体不同程度地改变了厂房结构的固有振动特性,且对高阶频率影响较大;考虑水体时结构各典型部位的振动位移、振动应力均大于不考虑水体的计算结果;水体对厂房上部结构振动位移的影响较大、对下部大体积混凝土结构振动位移的影响较小;对下部结构振动应力的影响较大、而对上部结构的影响相对较小。

关键词：水工结构地震动响应流固耦合分析水电站厂房势流体自振特性

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三峡右岸电站主厂房结构的振动应力分析

水力发电学报 2010年第6期29卷 144-148页

作者：张存慧马震岳张运良大连理工大学水利工程学院辽宁大连116023

结合三峡右岸电站某机组段建立三维数值计算模型,考虑直埋式蜗壳外围混凝土的拉伸软化和损伤特性。重点分析蜗壳外围混凝土在内水压力等静荷载和脉动压力作用下的损伤及其演化;混凝土损伤后,电站厂房在脉动压力激励下,各部位混凝土结构... 详细信息

结合三峡右岸电站某机组段建立三维数值计算模型,考虑直埋式蜗壳外围混凝土的拉伸软化和损伤特性。重点分析蜗壳外围混凝土在内水压力等静荷载和脉动压力作用下的损伤及其演化;混凝土损伤后,电站厂房在脉动压力激励下,各部位混凝土结构的振动应力峰值;同时还对流道系统金属结构,在长期承受脉动压力作用下的抗疲劳性能进行了初步探讨。结果表明:脉动压力引起蜗壳结构外围混凝土的损伤指标、损伤区域的变化均比较小;蜗壳结构外围混凝土发生损伤后,混凝土结构的振动应力表现为上部结构较小,下部结构振动反应较大,且总体水平较低,对混凝土动力强度复核的影响不大;在长期的脉动水压力作用下,该机组段流道系统金属部件的动应力幅值较小,不会发生疲劳破坏。

关键词：水工结构振动应力三维有限元法电站厂房脉动压力

内水压力重复加载作用下蜗壳外围钢筋混凝土的损伤分析

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水利学报 2008年第11期39卷 1262-1266页

作者：张存慧张运良马震岳大连理工大学土木水利学院辽宁大连116024

本文分析了三峡电站某直埋式蜗壳结构在内水压力重复加载下的混凝土损伤演变规律和钢蜗壳以及钢筋的受力特性,分析中考虑了钢蜗壳与外围混凝土间的摩擦接触特性,采用弹塑性损伤模型来描述混凝土的受拉损伤特性。研究表明,在历经内水压... 详细信息

本文分析了三峡电站某直埋式蜗壳结构在内水压力重复加载下的混凝土损伤演变规律和钢蜗壳以及钢筋的受力特性,分析中考虑了钢蜗壳与外围混凝土间的摩擦接触特性,采用弹塑性损伤模型来描述混凝土的受拉损伤特性。研究表明,在历经内水压力的多次加、卸载循环后,蜗壳外围混凝土的损伤程度及范围虽有一定的增加并导致混凝土强度和刚度的相应退化和降低,但经一定的循环次数后,钢衬和钢筋的应力以及混凝土的损伤分布范围和程度将保持稳定状态。蜗壳外围混凝土出现稳定的损伤后,钢衬和钢筋承担的内水压力比例将比线弹性分析结果增大,从而能进一步发挥钢结构的承载作用。

关键词：直埋式蜗壳钢筋混凝土重复加载损伤接触非线性

地震动空间差异对沥青混凝土心墙土石坝-覆盖层地基系统响应影响研究

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振动与冲击 2022年第19期41卷 37-47页

作者：李闯宋志强王飞刘云贺张存慧西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 长江勘测规划设计研究有限责任公司武汉430010

地震动的空间差异性往往对结构-地基系统的响应具有显著影响。从地震动差异形成的物理机制出发,基于二维设计地震动确定入射P波、SV波时程,在波动输入模型基础上引入地震动组合效应构建了空间非一致地震动场,建立了空间差异地震动的波... 详细信息

地震动的空间差异性往往对结构-地基系统的响应具有显著影响。从地震动差异形成的物理机制出发,基于二维设计地震动确定入射P波、SV波时程,在波动输入模型基础上引入地震动组合效应构建了空间非一致地震动场,建立了空间差异地震动的波动输入模型。进一步研究了地震动场空间一致输入和非一致输入下沥青混凝土心墙土石坝-覆盖层地基系统的地震响应。结果表明,非一致地震动场输入模型获得的地表自由场控制点位移水平和竖直分量均与设计地震动吻合良好,能够在考虑地震动空间相关性基础上模拟地震波传播的时间滞后、幅值变化和时程形状差异等空间差异特征。与一致输入相比,非一致输入下覆盖层建基面水平向和竖直向加速度分布方差最大增大341%和50%。地震动的空间差异引起心墙竖向应力和剪应力峰值最多增加198%和51.9%。坝顶加速度和永久变形平均值均有所增加,最大结果分别增加25.53%和13.06%。传统的一致波动输入方法可能会低估结构地震动响应,分析沥青混凝土心墙土石坝-覆盖层地基系统的地震响应有必要考虑地震动的空间差异性。

关键词：空间差异地震动地震波组合非一致输入沥青混凝土心墙土石坝地震响应

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穿越城区组合衬砌隧洞外水内渗问题研究

水力发电学报 2023年第9期42卷 125-134页

作者：王汉辉陶军张存慧苏凯长江勘测规划设计研究有限责任公司武汉430010 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室武汉430072 海绵城市建设水系统科学湖北省重点实验室(武汉大学) 武汉430072

近年来我国兴建的穿越城区引水隧洞工程中采用了一种新型组合衬砌结构,由外层管片、内层不透水钢管和两者之间的回填混凝土、排水板组成。运行期内水压力经回填混凝土向外传递,外层管片朝外变形,管片间接缝会张开,进而引发外水内渗问题... 详细信息

近年来我国兴建的穿越城区引水隧洞工程中采用了一种新型组合衬砌结构,由外层管片、内层不透水钢管和两者之间的回填混凝土、排水板组成。运行期内水压力经回填混凝土向外传递,外层管片朝外变形,管片间接缝会张开,进而引发外水内渗问题。结合深圳市罗田水库-铁岗水库输水隧洞工程,建立某典型洞段渗流分析的三维有限元计算模型,分析了多种外部条件下衬砌的外水内渗流量和外水压力。分析表明:完建期管片渗透系数每减小一个量级,隧洞渗流量降低约90%,回填混凝土使隧洞渗流量降低30%~40%,注浆圈对隧洞渗流量影响较小。运行期接缝为主要渗漏通道,占总渗流量的90%以上,此时注浆圈可以明显降低隧洞渗流量。隧洞渗流量的峰值出现在运行期,应作为隧洞外水内渗流量的控制条件。隧洞外水压力取值应以自密实混凝土回填后的完建期最大。

关键词：穿越城区输水隧洞组合衬砌外水内渗注浆圈渗流量外水压力

基于IBIEM的河谷场地非一致地震动特性及影响因素分析

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振动与冲击 2022年第23期41卷 109-118,128页

作者：赵磊超宋志强王飞刘云贺张存慧西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 长江勘测规划设计研究有限责任公司武汉420100

采用间接边界积分方程法(indirect boundary integral equation method, IBIEM),分析了SH波入射下梯形河谷表面地震动特性和分布规律,研究了地震波斜入射角度、斜坡坡度、底宽以及场地剪切波速对场地地震动特性及非一致分布规律的影响机... 详细信息

采用间接边界积分方程法(indirect boundary integral equation method, IBIEM),分析了SH波入射下梯形河谷表面地震动特性和分布规律,研究了地震波斜入射角度、斜坡坡度、底宽以及场地剪切波速对场地地震动特性及非一致分布规律的影响机制,深入分析了不同剪切波速下河谷散射效应对地基截断边界地震动场的影响规律。结果表明,随着左侧斜入射角的增大,左侧斜坡放大效应逐渐增强,两岸地震动非一致分布特性越趋明显。左侧斜入射地震波,随着斜坡变缓,地形散射效应引起的放大区域逐渐向右扩展,两岸坡顶及坡脚地震动非一致性增强;随着底宽的增大,地形散射效应引起的放大区域逐渐由右扩展,坡脚相对位移对底宽变化敏感,两岸坡脚地震动非一致性增强;波速较小情况下,河谷散射效应显著,左侧坡顶位移峰值最大为右侧坡顶的1.45倍,两岸地震动非一致性明显。在截断边界输入地震动时,应充分考虑河谷地形散射效应,将自由场和散射场组成的总场作为输入,以获得合理的地震动输入。

关键词：间接边界积分方程法(IBIEM) 河谷地形 SH波非一致特性散射效应

大型地下洞室群主洞室规模优化及支护设计研究

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人民长江 2016年第18期47卷 65-70,79页

作者：周述达裴启涛张存慧长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

通过对乌东德水电站岩锚梁体型、蜗壳开挖结构及母线廊道内电气设备布置等方面的研究,对主厂房洞室规模进行了合理优化。基于对国内17个已建水电站地下厂房资料进行统计分析,建立了厂房不同部位长短锚杆与洞室规模之间的关系,同时结合... 详细信息

通过对乌东德水电站岩锚梁体型、蜗壳开挖结构及母线廊道内电气设备布置等方面的研究,对主厂房洞室规模进行了合理优化。基于对国内17个已建水电站地下厂房资料进行统计分析,建立了厂房不同部位长短锚杆与洞室规模之间的关系,同时结合规范初步确定了厂房不同部位的支护方案及参数。在此基础上,构建三维数值模型,进一步分析不同工况下洞室群围岩的稳定性。研究结果表明:优化后的水电站地下厂房布置紧凑,厂房规模大幅降低,与同期建设的白鹤滩水电站相比,其跨顺比、长垂比降幅分别达10.6%和15.7%;施加的围岩支护可以较好地控制围岩变形,且有锚索支护工况在保障洞室稳定安全方面较优,围岩整体稳定性较好,进一步验证了支护方案设计的合理性和有效性。研究成果可为类似地下工程的安全建设提供借鉴。

关键词：洞室群规模支护设计围岩稳定性优化分析地下工程

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复杂约束下组合衬砌内衬钢管屈曲特性研究

水力发电学报 2023年第10期42卷 105-115页

作者：王汉辉苏凯张存慧王博士长江勘测规划设计研究有限责任公司武汉430010 水资源工程与调度全国重点实验室(武汉大学) 武汉430072 苏州科技城管委会江苏苏州215010

为研究局部排水板铺设下组合衬砌的内衬钢管在外水压力作用下的屈曲失稳特性,首先基于Mises理论计算加劲式钢管临界外压弹性解,进而考虑自密实混凝土约束强度的差异性、材料非线性及外包介质的非均匀性,基于有限元软件ABAQUS建立组合衬... 详细信息

为研究局部排水板铺设下组合衬砌的内衬钢管在外水压力作用下的屈曲失稳特性,首先基于Mises理论计算加劲式钢管临界外压弹性解,进而考虑自密实混凝土约束强度的差异性、材料非线性及外包介质的非均匀性,基于有限元软件ABAQUS建立组合衬砌三维数值计算模型,综合研究钢管受外围介质局部约束时的临界失稳特征,并与洞内明管方案及埋管方案进行对比。结果表明:自密实混凝土对钢管的约束可提升钢管抗外压能力,而排水板的存在会降低钢管抗外压能力;规范推荐的Mises理论设计方法适用于充分考虑外围约束下的钢管抗外压稳定设计;组合衬砌局部排水板铺设后,钢管临界屈曲压力与洞内明管方案近似一致,两者均表现为多波失稳,推荐组合衬砌内衬钢管在抗外压设计时不考虑约束作用。

关键词：组合衬砌加劲式钢管排水板屈曲失稳 Mises理论

考虑地震动行波效应的大型岩体地下洞室动力非线性反应分析

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岩石力学与工程学报 2010年第A1期29卷 3370-3377页

作者：赵宝友马震岳梁冰宋志强张存慧辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 大连理工大学土木水利学院辽宁大连116085

水电站地下厂房岩体洞室具有高边墙、大跨度和长轴线的特点。通过进行大量的数值模拟工作,研究这类长轴线(线长度为300～400m)大型岩体地下洞室在不同地震动幅值的一致激励和行波激励作用下的动力非线性响应。数值计算中,洞室岩体采用... 详细信息

水电站地下厂房岩体洞室具有高边墙、大跨度和长轴线的特点。通过进行大量的数值模拟工作,研究这类长轴线(线长度为300～400m)大型岩体地下洞室在不同地震动幅值的一致激励和行波激励作用下的动力非线性响应。数值计算中,洞室岩体采用弹塑性损伤本构模型,同时考虑几何大变形非线性效应。对比分析一致与非一致2种地震动输入情况下该岩体洞室的动力响应。研究结果表明,对于具有同一频谱特性的地震动而言,地震动幅值对于地下洞室地震响应起决定性作用;当地震动幅值较小时(地震动幅值0.2g),地震动行波效应会显著增加地下洞室的损伤破坏。因此,在进行类似的地下岩体洞室设计和地震动安全评价时,对于建在烈度较低区域的岩体地下洞室,可以不考虑地震动行波效应的影响,而对于建在烈度较高区域的岩体地下洞室,则应考虑地震动行波效应的影响。

关键词：岩石力学岩体洞室行波效应地震动动力非线性损伤