Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Собственные значения и формы колебаний арочных плотин и их напряженно-деформированное состояние от действия сейсмических сил

Диссертация: Собственные значения и формы колебаний арочных плотин и их напряженно-деформированное состояние от действия сейсмических сил
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В последние годы в мире широко ведется строительство высоких арочных плотин, много из них построено в сейсмических районах. В странах СНГ уже построены бетонная арочная плотина Чиркейской ГЭС высотой 220 м в условиях расчетной сейсмичности 8 баллов и плотина Инруги ГЭС высотой 271,5 м при расчетной сейсмичности 9 баллов. Изучение сейсмостойкости арочных плотин имеет многолетнюю историю, но еще… Читать ещё >

Содержание

  • Диссертационная работа посвящена исследованию собственных значений и форм колебаний арочных плотин и их НДС от действия сейсмических сил
  • Исследования проводились по методике, разработанной в диссертационной работе и реализованной в программном комплексе на ЭВМ
  • Диссертационная работа проводилась в период 2003—2006 гг. на кафедре Гидротехнических сооружений Московского Государственного Строительного университета
  • Диссертационная работа выполнена под научным руководством профессора, доктора технических наук Леонида Николаевича Рассказова
  • Автор выражает сердечную благодарность и большую признательность своему руководителю Л. Н. Рассказову за постоянное внимание и значительную помощь в работе
  • Автор выражает также искреннюю благодарность всем преподавателям кафедры за большую помощь и поддержку
  • Глава 1. Краткий обзор исследование по применению МКЭ для расчета арочных плотин на сейсмические воздействия
    • 1. 1. Характеристика арочного плотиностроения мира
      • 1. 1. 1. Арочные плотины Италии
      • 1. 1. 2. Арочные плотины Франции
      • 1. 1. 4. Арочные плотины в странах СНГ
    • 1. 2. Развития методов расчета сооружений на сейсмические нагрузки
      • 1. 2. 1. Квазидинамические методы расчета сейсмических сил
      • 1. 2. 2. Динамические методы расчета сооружений
    • 1. 3. О степени точности результатов применения МКЭ при расчете арочных плоти
    • 1. 4. Данные о применении МКЭ для расчета арочных плотин с учетом сейсмических воздействий
  • Выводы по главе 1
  • Глава 2. Метод расчета арочных плотин при действии сейсмических сил и тестовые задачи
    • 2. 1. Метод расчета арочных плотин на сейсмическое воздействие. Собственные колебания и напряженно — деформированное состояние
      • 2. 1. 1. Выбор расчётного элемента метода конечных элементов
      • 2. 1. 2. Предлагаемая расчетная схема арочной плотины применительно к МКЭ
      • 2. 1. 3. Определение функций формы элемента
      • 2. 1. 4. Формирование матриц жесткости и масс
      • 2. 1. 5. Матрица затухания
      • 2. 1. 6. Определение собственных векторов и собственных значений
      • 2. 1. 7. Решение основного динамического уравнения
      • 2. 1. 8. Определение напряжено-деформированного состояния конструкции во время землетрясения
    • 2. 2. Назначение программы и её основные части
    • 2. 3. Тестовые задачи
      • 3. 3. 1. Определение собственных векторов и собственных значений тестовой задачи
      • 3. 3. 2. Определение функции смещения узлов по 6-ти первым формам и определение расчетных моментов времени по формам
      • 3. 3. 3. Определение смещений в узлах
      • 3. 3. 4. Напряжения в элементах
  • Глава 3. Собственные формы и собственные значения арочных плотин
    • 3. 1. Собственные формы и собственные значения арочных плотин с постоянным радиусом и углом
    • 3. 2. Собственные формы и собственные значения арочных плотин с постоянным углом (в треугольном створе)
    • 3. 3. Расчет собственных колебаний Ингурской плотин
  • Выводы по главе 3
  • Глава 4. Влияние изменения направления сейсмических волн и формы створа на напряжения в арочных плотинах
    • 4. 1. Вариант 1 -1. Арочная плотина с постоянным радиусом
      • 4. 1. 1. Сейсмические волны направлены вдоль реки (а-0)
      • 4. 1. 2. Сейсмические волны направлены под углом 45° к реке. ПО
      • 4. 1. 3. Сейсмические волны направлены от борта к борту
    • 4. 2. Вариант 2−1. Арочная плотина с постоянным центральным углом (в треугольном створе)
      • 4. 2. 1. Сейсмические волны направлены вдоль реки (а=0°)
      • 4. 2. 2. Сейсмические волны направлены под углом 45° к реке
      • 4. 2. 3. Сейсмические волны направлены от борта к борту (а-900)
    • 4. 3. Построение связи между направлениями сейсмических волн и максимальными напряжениями в арочных плотинах
  • Выводы по главе 4
  • Глава 5. Анализ форм, частот собственных колебаний и НДС арочной плотины Нам Нган (Вьетнам)
    • 5. 1. Расчётная схема
    • 5. 2. НДС плотины при статических нагрузках
    • 5. 3. Анализ форм и частот собственных колебаний арочной плотины
    • 5. 4. Напряженное состояние арочной плотины при сейсмическом воздействии 8 баллов
  • Выводы по главе 5

Собственные значения и формы колебаний арочных плотин и их напряженно-деформированное состояние от действия сейсмических сил (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В последние годы в мире широко ведется строительство высоких арочных плотин, много из них построено в сейсмических районах. В странах СНГ уже построены бетонная арочная плотина Чиркейской ГЭС высотой 220 м в условиях расчетной сейсмичности 8 баллов и плотина Инруги ГЭС высотой 271,5 м при расчетной сейсмичности 9 баллов.

В этих условиях первостепенное значение приобретают разработка практических методов расчета и освещение многочисленных неясных, сложных и важных вопросов, связанных с проектированием таких ответственных сооружений, какими являются арочные плотины.

Изучение сейсмостойкости арочных плотин имеет многолетнюю историю, но еще много вопросов, имеющих большое значение для практики проектирования, не нашли достаточного освещения в технической литературе, хотя исследования этой области важны и представляют одно из актуальных направлений в теории арочных плотин.

При проектировании этих плотин, ряд научно-исследовательских и проектных организаций страны как «ГИДРОПРОЕКТ» им. Жука, ВНИИГ им. Веденеева, ГрузНИИЭГС им. Винтера и Институт строительной механики и сейсмостойкости АН ГССР и др. выполнили эффективные и весьма трудоемкие исследования по усовершенствованию метода «пробных нагрузок» и разработке новых методов расчета арочных плотин как на воздействия нагрузок основного сочетания, так и на особого сочетания. Новые методы исходят либо от стержневой расчетной схемы, либо основаны на приближенной теории расчета оболочек. Кроме того, во ВНИИГ были выполнены статические модельные исследования напряженно-деформированного состояния плотин Ингурской и Чиркейской ГЭС, а в ГрузНИИЭГС — динамические испытания моделей тех же плотин.

Таким образом, соответствующие техно-рабочие проекты этих плотин были разработаны с учетом всех имеющихся в то время возможностей расчетно-теоретических и экспериментальных методов, при этом нельзя утверждать, что эти методы исследований всегда согласовывались между собой. Позднее был разработан более совершенный расчетно-теоретический метод — метод конечных элементов (МКЭ). Однако применение указанного метода на практике было невозможно из-за недостаточной разработанности его к моменту составления техно-работих проектов упомянутых арочных плотин. В наибольшей степени упрощению подверглись расчеты на сейсмостойкость из-за особой сложности физической картины сейсмического воздействия. Особо недооценивалось значение учета сейсмического воздействия, задаваемого в виде трехкомпонентной инструментальной записи разрушительного землетрясения, использовался лишь спектральный нормативный метод теории сейсмостойкости, не учитывающий время как параметр.

Между тем, игнорирование этого существенного фактора при расчете такого особо ответственного и пространственно работающего сооружения, какой является арочная плотина нецелесообразно.

В соответствии с вышеизложенным мы поставили в диссертационной работе цель:

— разработка применительно к МКЭ расчетной схемы арочной плотины, учитывающей пространственность сейсмических колебаний конструкций, неоднородное инженерно-геологическое строение массива оснований и другие особенности работы этого сооружения;

— разработка алгоритма программы автоматизированного расчета на ЭВМ арочной плотины с основанием в пространственной постановке с учетом сейсмических воздействии;

— определение собственных колебаний по предлагаемой методике комплекса: арочная плотина и основание.

— построение номограмм периодов собственных колебаний арочных плотин от различных наиболее существенно влияющих факторов.

— определения напряженно-деформированного состояния арочных плотин вместе с основанием от сейсмических воздействий, задаваемых характерной трехкомпонентной акселерограммой;

— исследование зависимости максимальных напряжений арочной плотины от направления сейсмических волн.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ оценки влияния выбранных факторов на собственные значения и формы колебаний показал, что коэффициент стройности очень мало влияет на колебания цилиндрической арки и практически не влияет на собственные значения плотины в узком треугольном створе.

2. Влияние на период собственных колебаний коэффициента створа, модуля упругости основания и высоты плотины практически равноценны. Несколько выделяется влияние высоты плотины. Построенные номограммы позволяют достаточно точно оценить периоды собственных колебаний по шести формам. Если створ по форме занимает промежуточное положение между прямоугольным и треугольным, то периоды можно оценивать интерполяцией, имея в виду, что от формы створа расхождение в крайних значениях сравнительно невелико.

3. Формы колебания практически не зависят от высоты плотины и это совершенно естественно для упругой задачи. Мало влияет на формы колебаний и коэффициент стройности плотины. Наибольшее влияние оказывает податливость основания и, естественно, форма створа и его коэффициент.

4. Решение конкретных задач по оценке напряженно-деформированного состояния арочных плотин от действия сейсмических сил должно проводиться с включением большой области основания в пространственной постановке, конечно, это трудоемкая задача, но это условие практически необходимо. При этом необходимо выбрать наиболее неблагоприятное направление сейсмической волны.

5. Формы колебаний использовать в квазидинамическом методе крайне сложно из-за их пространственного характера. Гораздо проще решать задачу динамическим методом, учитывая и статистические, и динамические воздействия.

6. Не столь сильное влияние угла подхода сейсмической волны к плотине можно объяснить большим влиянием на напряжения в плотине вертикальной составляющей акселерограммы, а она не зависит от угла подхода. Го.

183 ризонтальные составляющие действуют на ее фоне и потому их изменения от угла подхода не столь значительны. Видимо, в каждом конкретном случае требуется свой анализ влияния угла подхода сейсмической волны, хотя для треугольного створа во всех случаях наиболее опасен угол а= 0°.

7. Исследование сейсмической задачи о НДС арочной плотины на фоне её пространственного статического решения выявило целый ряд недостатков этого варианта: неустойчивость плотины в строительный период даже от собственного веса. При сейсмических воздействиях положение существенно ухудшается. Такие исследования арочной плотины дают очень большую информацию для проектирования. Исследовался также угол подхода сейсмического воздействия к оси плотины. Наихудший вариант — подход сейсмической волны вдоль русла реки.

8. Разработанный программный комплекс позволяет решать задачи НДС плотин (и не только плотины) в пространственной постановке от действии сейсмических и статических сил с выбором наихудшего для сооружения угла подхода сейсмической волны, что дает возможно решать подобные задачи в зависимости от пространственного положения возможного очага землетрясения.

Показать весь текст

Список литературы

  1. A.J1. Голдин, JI.H. Рассказов. Проектирование грунтовых плотин. Москва 2001.
  2. Liam Flam W.D. Seismic Design of civil engineering. Proceedings of the international symposium on seismic and environmental aspects of dams design: earth, concrete and tailings dams. Volume I, Santiago, 1996.
  3. Ollala C. Martin M., Seismic velocity tests. Proceedings of the international symposium on seismic and environmental aspects of dams design: earth, concrete and tailings dams. Volume I, Santiago, 1996.
  4. Popovichi A., Some comments concerting presents regulations on earthquake analysis of dams. Proceedings of the international symposium on seismic and environmental aspects of dams design: earth, concrete and tailings dams. Volume I, Santiago, 1996.
  5. Vicent D., Portilla R., Static and dynamic behavior of soil dams. Proceedings of the international symposium on seismic and environmental aspects of dams design: earth, concrete and tailings dams. Volume I, Santiago, 1996.
  6. К., Вил сон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов «Стройиздат» М., 1982
  7. JI.H., Волохова М. Н. Напряженно-деформированное состояние плотин из местных материалов с учетом сейсмических воздействий. Труды ин-та «ВОДГЕО» вып.44,1974
  8. A.M. Программный комплекс СТАДИО для линейных и нелинейных статических и динамических расчетов пространственных комбинированных систем. Опыт разработки и эксплуатации и перспективы развития. Сб. научных трудов МГСУ, М., 1998
  9. М.Н. Влияние величины коэффициента затухания сейсмических колебаний на результаты расчетов плотин из местных материалов. Труды ин-та ВОДГЕО, вып. 38, М., 1972
  10. A.JI., Рассказов J1.H. Проектирование грунтовых плотин Энер-гоатомиздат", М., 1987
  11. Гу-Гань-Чень. Трехмерный нелинейный статический и динамический анализ каменно-набросных плотин с железобетонными экранами.- «Хохай университет», Нанкин, 1990
  12. Р. Матричные методы строительной механики. «Стройиздат», М., 1980
  13. Ш. Г. Сейсмостойкость гидротехнических сооружений. -Госстройиздат", М., 1959
  14. И.С. Колебания конструкций гидротехнических сооружений. «Энергия», Л., 1967.
  15. Л.Н. Условие прочности грунтов. Труды ВОДГЕО, вып. 44,1974.
  16. Lienkiewicz, О., С. Finite Element Method of Analysis for Arch Dams and Comparison with Finite Difference Procedure, Theory of arch dams, Inter. Symposium Help at university April 1964, Edited 1964, J. R. Rydsewski, Perg. Press, 1964.
  17. O.C. Метод конечных элементов от интуиции общности, Механика, периодический сб. переводов иностран. статьей № 06 (124), Мир, М., 1970 г.
  18. Wilson Е. L. A method of analysis for the Evolution of Foundation-Structure. Interaction, Proceedings IV WCEF, Santiago, Chile, 1969, v.3, A-6.
  19. Chitty L. Critical compression of results obtained by method presented in the previous papers, proc., symposium on arch dam, Inst. Of civil engineer, London, 1968.
  20. Chopra A. Earthquake Analysis of Reservoir-Dam systems, Proc. Of the VI WCEE, Santiago, Chile, 1969, B-4.
  21. Skjlingstad L. Analysis of arch dam using a Space-Frame Model, Water Power, 25, N2,1973.
  22. В.Г. Сопоставление метода конечных элементов с вариационно-размерным методом решения задач теории упругости, «Известия ВНИ-ИГ», т. 83,1967 г.
  23. Back F. A, Casoll А. С. The Seismic design of double curvature Arch dam Proc., Inst. Civ. Eng 43,1969.
  24. Tahbildar U. Ch., Tottenham H., Earthquake response of Arch dams, journal of the structural division, ASCE, v.96, No. ST 11, Nov., 1970
  25. Westergaard H. M. Water pressure on Dams during earthquakes, Trans. ASCE, v.98, 1933.
  26. О. Д. Динамический расчет арочных плотин на основе метода конечных элементов, Материалы конф. молодых научных работников по гидротехническому строительству, г. Сухуми 1969 г.
  27. Calciati Castoldi A. Fanelli М., Mazzieri С., In situ tester for the determination of the dynamic characteristic of some Italian dams, VI WCEE, New Dehli, 1977.
  28. Castelliani A. Castoldi A., Jonita M. Numerical analysis compared to model analysis for a dam subject to earthquake Abstract journal in earthquake Eng., vol. 6 1976 literature, 6.12−38,1977.
  29. Dungar R. Severn R. T. Analysis of Water-retaining Structures, Abstract journal in earthquake Eng., vol.1 1971 literature September 1972.
  30. Ариан Mop. Адриан Мих., Динамический расчет гидродинамических сооружений на примере арочной плотины, РЖ II В 771, 1973 г.
  31. Nath В. A., A new approach for the determination of dynamic characteristic of structure fluid system, In., Proc. Conf. on earthquake analysis of struct., IASI 1970.187
  32. Nath В. A., A finite element analog method for determining the dynamic characteristics of an arch-dam-reser voir system, V WCEE, Rome, 1973.
  33. Zienkiewich О. C. Earthquake hydrodynamic pressure on arch dam an electric analogue solution, Proc. Inst. Civ. Engen. Paper No 6668, 1963.
  34. Breaban V. Arch Dam-reservoir Interaction during Earthquake, VI WCEE, New Dehli, 1977.
  35. Ermutlu E. Dynamic Behavior of arch dams subjected to seismic disturbances abstract in earthquake. Eng. Vol 2,1972 Literature
  36. Balsara J. P. Vibration test of North Forth dam model, V WCEE, Rome, 1973.
  37. Vanish K. Earthquake Finite Element Analysis of structure foundation system. J. of the Eng. Mech. Division, v.100, No EM6, Dec. 1974.
  38. С. В. Исследование методом конечных элементов влияния податливости основания на частоты и формы собственных колебаний плотин, «Гидротехническое строительство», № 12, М., 1972.
  39. Б. Н. Дзюба К.И., Динамический расчет арочных плотин и сопоставление результатов расчета с данными экспериментальных и натурных исследований, Тр .коорд. совещ. по гидротехнике, вып 65 Госэнерго-издат, М., 1971.
  40. В. Н. Дзюба К. И., Расчет арочных плотин на сейсмические воздействия, Тр «ГИДРОПРОЕКТ» а, об.20, М., 1971.
  41. В. Н. Алгоритм численного решения плоских динамических и статических задач теории упругости. Известия ВНИИГ, т. 103, Л., 1973.
  42. В. Н. .Расчет арочных плотин на сейсмические воздействия, заданные акселерограммой, Тр. координационных совещаний по гидротехнике, М., 1973.
  43. В.Н. Расчет арочных плотин на сейсмические воздействия с учетом раскрытия секционных и блочных швов. Труды координационных совещаний по гидротехнике, вып. 94, Л., «Энергия», 1974.
  44. В. Н. Методика расчета напряженного состояния арочных плотин на заданное смещение опорного контура сб.Совершенствование ме188тодов расчета и проектирование гидротех. Сооруж., возводимых в сейсмических районах, JL, «Энергия» 1976.
  45. Biot М. A. Mechanical analyzer for the prediction of Earthquake stresses. -Bulletin of Seismological Society of America, 1941, V.31 № 2
  46. Г. Н. Селизнев Г. С. Оценка сейсмостойкости грунтовых плотин по предельным деформациям. Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, Л. 1988
  47. О. Метод конечных элементов в технике. Пер с англ. М.: Мир, 1975.541с
  48. I.M.Smith and D.V.Griffiths -Programming the finite element method -University of Manchester, U. K 1997
  49. B.H. Олимпиев Д. Н. Расчет плотин из грунтовых материалов на сейсмические воздействия. Сб. Совершенствование методов расчета и проектирования гидротехнических сооружений, возводимых в сейсмических районах. «ЭнергияЛ., 1976.
  50. О. Метод конечных элементов. «Мир». М., 1975.
  51. И.А. Константинов. Динамика гидротехнических сооружений. Часть II. Расчет плотин на сейсмические воздействия. Ленинград 1976.
  52. Гидротехнические сооружения. Ч. 1, § 125. Под редакцией М. М. Гришина. М.: Высшая школа. 1979.
  53. А.А. Гольдин, Л. Н. Рассказов. Проектирование грунтовых плотин. АСВ, Москва. 2001.
  54. Л.Н. Условие прочности грунтов. Труды ВОДГЕО, вып. 44, 1974
  55. Ингурская гидроэлектростанция, технический проект, T. IY, основные сооружения, книга 1, арочная плотина, гг. Москва-Тбилиси, 1970.
  56. М.Н. О коэффициенте затухания колебаний при расчете плотин из местных материалов на сейсмические воздействия. Труды ин-та ВОДГЕО, вып. 30, М., 1971
  57. О. Метод конечных элементов в технике. Пер с англ. М.: Мир, 1975.541с
  58. I.M.Smith and D.V.Griffiths. Programming the finite element method -University of Manchester, U. K- 1997
  59. B.H. Олимпиев Д. Н. Расчет плотин из грунтовых материалов на сейсмические воздействия. Сб. Совершенствование методов расчета и проектирования гидротехнических сооружений, возводимых в сейсмических районах. «Энергия Л., 1976.
  60. О. Метод конечных элементов. «Мир». М., 1975.
  61. М.Н. О коэффициенте затухания колебаний при расчете плотин из местных материалов на сейсмические воздействия. Труды ин-та ВОДГЕО, вып. 30, М., 1971
  62. Л. Н. Волохова М.Н. Напряженно-деформированное состояние плотин из местных материалов с учетом сейсмических воздействий. Труды инта «ВОДГЕО» вып.44,1974
  63. Л.Н. Нгуен Куанг Кыонг. Собственные формы и собственные значения арочных плотин. Вестник МГСУ № 2,2006.
  64. В. Н. Грошев М.Е., Олимпиев Д. Н. Вариант математической модели для оценок сейсмостойкости грунтовых плотин по результатам испытаний крупнообломочных грунтов. Сб. Научных трудов Гидропроекта, М., 1987
  65. В.Н. Учет упругих и инерционных сил основания при определении сейсмических нагрузок для плотины Курпсанской ГЭС. «Гидротехническое строительство» № 4,1983
  66. В. Н. Олимпиев Д.Н. Расчет плотин из грунтовых материалов на сейсмические воздействия. Сб. Совершенствование методов расчета и проектирования гидротехнических сооружений, возводимых в сейсмиче ских районах. «Энергия «, Л., 1976.
  67. В. М. Надежность гидротехнических сооружений в сейсмоактивных районах. Сб. Материалы конференций и совещании по гидротехнике190
  68. Методы исследований и расчетов сейсмостойкости гидротехнических и энергетических сооружений», JL, «Энергия», 1982
  69. Ш. Г. Сейсмостойкость гидротехнических сооружений. -Госстройиздат», М., 1959
  70. Ньюмарк, Розенблюэт. Основы сейсмостойкого строительства. «Стройиз-дат», М., 1980
  71. Ш. Сейсмостойкость инженерных сооружений. «Стройиздат» М., 1980
  72. Отчет «Исследование напряженно-деформированного состояния гидроузла Тери (Индия)», Москва, МГСУ, 1991
  73. Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. «Наука», М., 1966.
  74. JI.H., Витенберг М. В. Напряженно-деформированное состояние плотин и их устойчивость. Труды ВОДГЕО, вып 34,1972
  75. JI.H., Волохова М. Н. Напряженно-деформированное состояние плотин из местных материалов с учетом сейсмических воздействий. Труды ин-та «ВОДГЕО» вып.44,1974
  76. А.П. МКЭ в динамике сооружений. М., «Стройиздат», 1978 .
  77. СНиП П-7−81 Учет сейсмического воздействия при проектировании гидротехнических сооружений. JI. 1986.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!