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进水塔作为水工建筑物的一个重要组成部分,其安全稳定具有重大意义,在地震作用下,地面运动将会使进水塔和水体间发生较强的流固耦合作用,严重威胁进水塔安全,进而威胁整个水电站安全。由于进水塔结构流固耦合理论方面的研究较少,因此开展这一课题的研究具有重要意义。 本文在合理简化和假设的基础上,重点研究进水塔结构流固动力耦合的速度势法,并建立某进水塔的速度势法模型和有限元模型,验证速度势法的正确性。在此基础上,本文利用速度势法计算了进水塔在地震情况下流固动力耦合的位移、弯矩、剪力时程响应。通过分析可知,在有无阻尼工况下,从进水塔底部到顶部的位移峰值不断增大,弯矩及剪力峰值不断减小;在无阻尼工况下进水塔底部到顶部的位移、弯矩、剪力峰值均大于有阻尼工况,且均小于共振响应时的峰值。从进水塔底部到顶部,进水塔上部频率比较单一,下部频率比较丰富,塔体本身起到了滤波器的作用。 进水塔速度势法的动水压力研究主要从改变进水塔高度和弹性模量两方面进行。速度势法动水压力受振型的影响较大,且在刚度较大工况下更加接近水面位置。将用速度势法、有限元法、附加质量法计算的动水压力最大值进行对比,研究表明:附加质量法的计算结果较为保守,有限元法能准确反映出塔体与水的相互作用;速度势法只考虑水体对进水塔的影响,是单向的流固耦合作用;当进水塔弹性模量不断增大、高度不断降低情况下,进水塔逐渐趋于刚性,速度势法与有限元法更加吻合,且两者更加趋近附加质量法,进一步验证了速度势法用于求解进水塔动水压力的合理性。