崩塌危岩体减震消能复合加固结构抗震性能试验研究

地震区工程建设中崩塌危岩体的加固方式目前主要是锚固和支挡两类结构形式。加固结构与危岩体的连结都采用刚性连结,结构与危岩体之间几乎无变形能力,因此抗震性能较差。在地震作用下,特别是强震作用下极易破坏失效,造成崩塌灾害,在我国西南地震区工程中大量存在此类破坏现象。为解决目前加固结构存在的问题,设计了一种允许地震作用下危岩体能够有限度的变位、可以缓冲危岩体的地震冲击力、具有减震消能功能的崩塌危岩体复合加固结构,结构由锚杆(索)、减震锚头(一级消能)、连梁、支撑桩以及设于连梁与支撑桩之间的作为二级减震消能装置所组成。为验证复合加固结构的功效,除理论分析外,利用振动台进行与同等条件普通锚杆加固结构的物理模型对比试验。试验选用具有地区代表性的不同波形、幅值与频率的地震波作为输入波形。理论分析与试验结果表明:复合加固结构相较于无防护措施的同样崩塌体理论分析,其位移增长速度显著降低,累积位移幅度显著减小;相较于传统锚杆加固结构,所承受的拉力和压力显著减小;峰值加速度放大系数明显降低。证明复合加固结构利用自身的弹塑性变形以及阻尼力,有效抵御由于地震作用在危岩体上产生的动应力,有效转移了危岩体的冲击动能,减震消能作用明显,避免加固结构损坏,从而阻止崩塌灾害的发生,证明复合加固结构能够分层次地削弥小震、中震、大震时产生的地震能峰值。减震消能复合结构为地震区崩塌危岩体的加固提供了一种新的加固方案,对于提升地震区工程中崩塌危岩体的加固技术具有较大的现实意义。

梯形消能墩组合式台阶消能工水力特性

为了提高溢洪道的消能效果,降低台阶面负压,该研究提出了消能墩与台阶组合的消能工布置形式,在台阶凸角处布置梯形消能墩。通过模型试验与数值模拟的方法,研究单排布置与单排交错布置下组合式台阶消能工的流态、流速、压强和消能率,并与传统台阶消能工的水力特性对比。结果表明,组合式台阶消能工与传统台阶消能工水流流态基本相同,在凸角布置消能墩产生雍水作用,水流更为平缓;在靠近台阶水面位置,组合式台阶消能工水流流速相较于传统台阶消能工降低54%,并且各体型台阶消能工断面流速遵循底层小、表层大的规律;组合式台阶消能工的台阶水平面与竖直面在靠近凸角附近存在负压,且相较于传统台阶消能工在竖直面上负压范围缩小60%~70%;相对临界水深由0.714增大到1.486时,组合式台阶消能工较传统消能工消能率下降幅度小,且在相对水深较大的情况下消能率仍可达到70%以上,具有更好的消能特性,可为台阶溢洪道的相关工程提供参考依据。

窄河谷大夹角挑流消能工体型优化研究

针对窄河谷大夹角条件下挑流消能易出现冲击两岸、冲坑过深的问题,采用水工整体模型试验方法对具有代表性的某水利枢纽深孔放水冲沙洞挑流鼻坎体型开展优化研究,并对比分析了水舌形态和下游河道冲刷特性。结果表明,不对称收缩的异型窄缝式消能工可使水流在狭窄河道归槽,水舌纵向拉伸效果较好,大幅减轻了河床冲刷;提出了收缩比、收缩角差、斜切面积比等特征参数适宜的挑流消能工体型,可供窄河谷大夹角条件下挑流消能设计参考。

消能减震技术在建筑抗震设计中的应用研究

某医疗建设项目位于高烈度区域,易受地震影响。为确保建筑项目顺利并安全投入使用,采用消能减震进行建筑抗震优化设计。首先是分析项目消能减震目标,根据项目特征选择合适的消能减震技术方案,通过试验比较最终确定建筑消能减震方案。对候选两种方案进行试验分析,粘滞消能器方案在x向楼层间最大位移角为0.001 9度,优于金属屈服消能器。同时比较两种方案在不同地震下的楼层间剪切力情况,粘滞消能器方案表现最佳。研究内容为建筑项目抗震设计与结构优化提供技术参考。

苏巴什水库下游消能防冲建筑物加固设计

苏巴什水库工程行洪过程中,水库下游消能防冲建筑物遭受洪水冲刷破坏。针对消能防冲的问题,首先分析了冲刷破坏的原因,其次明确了加固设计思路,在此基础上进行多方案比较分析,并依托水工模型实验优化消力池内辅助消能工设计,最终确定加固设计方案。水库在经历次年行洪后,加固改造范围没有冲刷破坏,河床未见明显掏刷痕迹,挡墙基础结构稳定,可知加固设计方案是可行的。

抽水蓄能电站无压泄洪洞台阶消能型式研究

基于甘肃某抽水蓄能电站泄洪洞洞内消能设计,探讨在流量及底坡恒定的条件下,台阶尺寸与消能率的相关关系,探寻台阶尺寸的初拟原则,采用现行NB/T 10867-2021《溢洪道设计规范》中跌落流上限及滑行流下限的经验公式(坡角范围为2.86°~59.53°)进行台阶消能流态的初步判别,通过Chanson半经验公式理论计算和CFD数值模拟水工隧洞底板布置不同台阶尺寸对应的消能特性。结果表明:在流量及坡度不变的情况下,台阶尺寸(台阶步长及高度)对消能率的影响有限;台阶尺寸越大,水力要素受流动边界条件影响和扰动越明显;初拟台阶尺寸时,应分析水流掺气点位置及出现掺气均匀流位置随台阶尺寸变化向上游移动的速率,同时结合实际边界条件、便于施工及后期运维等方面综合考虑,台阶高差宜控制在0.20~0.60 m。

恒河水库消能方式研究

坝体消能在水库枢纽设计中往往是较为重要的一部分,通常需要结合大坝的泄水方式、流量大小、地形地质条件、工程投资,结合水力计算并参考以往已建工程的消能工设计,进行消能方式选择,后续依据水工模型试验再进行布置方式及体型的优化,完成消能设计。依据地形地质条件、结合水力计算与工程投资,经模型试验验证,设计方案合理,可为类似案例提供借鉴。

土坝溢洪道底流消能计算成果分析

分析佛山市某水库2019年和2020年2次溢洪道底流消能计算过程及计算成果,采用溢洪道设计规范和水力计算手册2种方法,对同一工程的消能防冲进行复核,其计算结果存在的差异及原因。为降低中小型水库除险加固工程的经济成本,结合该水库溢洪道现状,提出计算消能工的跃前水头应采用考虑泄流沿程水头损失的能量方程分段求和法,该方法更贴合实际工况,在保证安全的前提下可以降低工程实施成本。

水闸底流消能常见辅助消能工型式综述

传统底流消能在低水头、低弗劳德数下的消能效率较低,为提高消能效率,辅助消能工应运而生。本文基于工程应用及研究现状,介绍了辅助消能工中常见的消力墩、宽尾墩、尾槛、悬栅以及联合辅助消能工的研究进展,给出了各辅助消能工的示意图、特点和适用条件。在消力池中加设辅助消能工是解决水闸消能最基本、最有效的方法之一,但在消力池中单独加设一种辅助消能工有时无法满足消能要求,而联合应用的辅助消能工可以达到更好的消能效果,进一步提高消能效率,同时可利用各自的优点弥补对方的缺点,使消能工更加持久耐用,从而保护水闸的安全运行。

某医院病房大楼消能减震加固分析与设计

某建筑原抗震设防烈度低于6度,且拟将其使用用途由酒店改造为病房大楼。采用黏滞阻尼消能减震技术对该结构进行加固设计,并确定该结构的消能减震加固性能目标为性能1。对加固后结构进行多遇地震、设防地震以及罕遇地震作用下的非线性时程分析,主要分析加固后结构的耗能能力、变形能力以及损伤屈服机制等抗震性能指标的提升情况。分析结果表明,采用减震加固方案后,结构在多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下的各项抗震指标均达到预定性能目标的要求,设置的黏滞阻尼器发挥了良好的耗能能力;罕遇地震作用下结构具有合理的屈服机制,结构损伤轻微。

某水电站泄洪底孔消能工体型优化

针对某水电站消能区狭窄、左岸水电站尾水渠易受到影响的问题,为了将水舌导向消力池中央,进行了挑流导向方案和面流扩散方案体型优选,最终推荐体型为面流扩散式消能工,并采用模型试验和数值模拟相结合的方法对原设计体型和推荐体型的流态、底板时均压强、脉动压强、流速分布、冲刷特性和消能率进行了对比研究.结果表明:原设计窄缝方案消能效果良好,但水舌主流集中在左右岸两侧,造成了两岸局部冲刷;而面流扩散式方案使下泄水流形成自由面流流态,并快速扩散至整个河道,消能区扩大,有效地降低了底板时均压强、脉动压强、临底流速,且流速和压强分布更加均匀,使得下游河道的冲刷坑深度减小了34%,冲刷范围减小了35%,保障了左岸水电站的安全运行,推荐方案可为类似工程提供参考.

导流洞复合式出口消能体型的研究与应用

狭窄河谷中高水头、大流量、复杂地质条件的工程前期导流工程面临高速水流泄洪问题,对消能体型要求较高。基于水工物理模型试验对某水利枢纽导流洞出口消能体型进行优化探索,先后提出右岸导向、洞线偏移、左岸分流、强迫消能+左岸分流4种布置方案,通过对水流流态、流速和冲刷特性等水力参数进行测定和比选,最终推荐强迫消能+左岸分流的复合式消能体型,并对推荐体型对大小流量工况的适应性进行导流全过程试验分析。结果表明:复合式消能体型在各工况下消能效率较高,围堰及左岸近岸流速明显降低,分散水流能有效封堵回流,水面波动强度减弱,主流顺利归槽,冲淤情况良好,保护左岸免受冲刷。该复合式消能体型能够满足工程消能及安全稳定要求,可为具有类似特点的导流洞工程的出口设计提供参考。

YLH拦河引水枢纽消能防冲的设计与研究

通过对YLH拦河引水枢纽的工程地质、水文、泥沙等气象条件的综合分析，结合YLH拦河引水枢纽的自身特点及功能，提出消力池消能、短护坦消能、裙板消能三种消能方式。经过对三种消能方式的设计、水力学模型实验及工程实例的综合分析比较，最终选择消力池消能方案作为YLH拦河引水枢纽的最佳消能方案。

附加消能子结构在抗震加固工程中的应用

介绍了消能子结构的研究现状,文中以某小学教学楼抗震加固工程为例,阐述了采用附加消能子结构配合屈曲约束支撑进行抗震加固的设计过程,采用阵型分解反应谱法和时程分析法分析并对比了加固前后结构的抗震性能变化,基于现有研究成果,进行了消能子结构的加固设计和罕遇地震作用下的承载力复核。结果表明:采用附加消能子结构对结构进行抗震加固,在提高建筑抗震性能的同时,可以不影响建筑内部功能。加固后,结构整体刚度增加,自振周期变短,层间剪力增大,整体变形变小,结构的整体受力状态和变形模式得到改善,房屋整体抗震性能提升。罕遇地震作用下,结构整体塑性程度较低,损伤屈服机制更加合理,可以实现“大震不倒”的设防目标。消能子结构为连接消能器和主体结构的关键构件,应重点进行设计,采用柱的N-M曲线进行承载力复核比较便捷。文中设计思路可为类似工程提供借鉴和参考。

钢框架-偏心支撑结构消能梁暗置侧向支撑设计

在钢框架-偏心支撑结构中,针对钢结构住宅等建筑中不能接受常规消能梁侧向支撑的情况,设计了一种在消能梁段端部的楼板内设置型钢连接件及暗梁组成的暗置侧向支撑。有限元模拟分析表明,在规范规定的消能梁段下翼缘侧向水平荷载的作用下,该消能梁暗置侧向支撑能显著减小消能梁的扭转变形和侧向弯曲变形;在考虑消能梁上局部楼板失效的情况下,暗置侧向支撑也能提供消能梁合适的扭转约束刚度。通过某工程的原位静荷载试验,验证了该暗置支撑对消能梁发挥的预期侧向支撑作用。

采用粘滞阻尼器的某超高层建筑消能减震设计与分析

以珠海市某框架–核心筒建筑为例,运用分析程序ETABS建立有限元模型,并设置多组粘滞阻尼器布置方案,采用最大层间位移角与基底剪力双关键指标,对比各方案减震效果并择优选出布置方案。对所得方案进行多遇地震下弹性分析及罕遇地震下动力弹塑性分析。多遇地震分析结果表明,采用粘滞阻尼器的结构双向指标均大幅降低,提供附加阻尼比达4.1%。罕遇地震分析结果表明,结构的层间位移角及整体屈服机制均满足要求。该方案下减震效果与结构抗震性能均良好,可为同类工程提供参考。

两条轴线平行布置的泄洪洞出口联合消能工布置形式研究

针对芝瑞抽水蓄能电站下水库两条轴线平行布置的泄洪排沙洞,原设计方案出口联合消能工存在消能效果差的问题,通过选用单体正态水工模型,基于水力相似准则进行水工模型试验,对出口联合消能工的布置形式进行研究。试验实测数据表明,最终推荐方案可有效提高消能效率、改善水流流态、优化设计方案,并达到了减少工程投资的目的,有效地解决了轴线平行布置的泄洪洞出口联合消能问题。

复合(组合)消能器研究与应用

阐述复合(组合)消能器的定义,给出复合(组合)消能器实现途径与设计原则,介绍几种典型复合(组合)消能器的构造、原理、特点及应用情况,分析当前复合(组合)消能器研究与应用中存在的问题,指出复合(组合)消能器在未来创新研究与应用中应加强的研究方向。

某新建高位水池消能改造方案及应急措施研究

某新建高位水池建成运行后,产生了两种恶劣流态:一是通气孔出口发生喷水,二是下游水厂出现掺气。该文通过水工模型试验演示了新建高位水池内部水流运行流态及掺气状况,探究了池内水流紊动及掺气机理,验证并提出了憋阀运行时的堰后“临界水位”消能方案,短期可消除高位水池内恶劣流态;在比较了堰板中部、及底部开孔等多个消能改造方案后,提出的优化方案池内流态平稳、无掺气,消能效果良好,可作为水池结构改造的可行实施方案,试验研究成果可为类似工程设计提供参考。

渐扩式台阶泄洪道消能特性及优化研究

台阶式泄洪道的结构设计和消能问题一直是台阶式泄洪道工程设计的重点.在实际工作中,通过物理模型试验和数值模拟的方法来进行结构形式和消能率的优化研究.本文通过物理模型试验,对长阳土家族自治县枝柘河流域防洪治理工程中的高陡坡渐扩式台阶泄洪道水力学特性进行了试验研究,并对其结构进行了优化设计.研究表明,本工程中渐扩式台阶泄洪道总体结构设计新颖合理,但存在转弯段结构设计问题.经过优化设计后,泄洪道水流流态良好,在设计工况时消能率达98%,达到预期消能目的.