地震作用下高耸进水塔的动力响应及稳定性研究

进水塔是引水和泄水系统最前端建筑物，是水利枢纽工程宣泄洪水的安全通道，水利枢纽一旦遭受强震，保证泄水通道的畅通，紧急降低库水位是防止次生水灾发生的最有效途径，其抗震安全性对确保水利枢纽的安全是至关重要的。本项目研究以我国强震区高耸进水塔建设需要解决的关键技术问题为背景，重点应用三维流体固体动力耦合理论探讨强震区进水塔内水、外包围水体的动水压力影响规律；应用柔性多体系统动力学理论，研究进水塔及附属结构整体的动力响应；塔体混凝土损伤开裂，远域地基能量逸散的辐射阻尼以及塔基各类岩性地质构造的材料非线性特性等因素对塔体响应及稳定的影响，以及判别高耸进水塔失效破坏的可操作性的定量准则等一系列应用基础性研究，涉及地震、结构、材料等多学科交叉内容，是有待解决、难度很大的应用基础研究中的学科前沿课题，对推动水工抗震学科的发展有重要的科学意义。

进水塔结构作为泄水建筑的重要组成部分，其抗震安全极其重要，对其开展研究涉及结构动力学、地震工程学、岩土工程学、流体力学等众多学科，整个系统的研究十分复杂。本项目主要建立了进水塔内水、外水和塔体的三维流体固体动力耦合分析模型、采用速度势法探讨了地震作用下进水塔内水、外水压力的理论解，验证了工程上采用的附加质量法在进水塔结构分析中的有效性。在考虑进水塔复杂地基上地震波的传波特性以及辐射阻尼影响，建立了进水塔柔性塔体损伤和复杂地基体系的三维非线性动力分析模型，首次考虑塔体的混凝土在往复荷载作用下的损伤特性对塔体安全的影响。分别采用动态时程安全系数法和动力稳定的可靠度法研究了进水塔整体抗滑稳定性及抗倾覆稳定性，研究结果具有很好的可比性.研究成果对进水塔抗震安全及稳定性的研究及相关工程都具有重要的参考价值。