[发明专利]一种由地震引起的变截面挡水坝荷载效应的计算方法

摘要

一种由地震引起的变截面挡水坝荷载效应的计算方法，包括以下步骤：首先确定挡水坝的梁高，库水高度，坡度系数，验算点高度，挡水坝的横截面面积随库水高度的线性变化满足，其中，然后根据挡水坝的形状和材料特性确定固体的质量、刚度矩阵和阻尼矩阵，根据水流的形状和压缩特性确定流体的质量、阻尼矩阵和刚度矩阵；综上所述，计算出挡水坝的位移、速度和加速度的值，从而判断挡水坝的安全性能；本发明计算精度高，不存在由于计算方法产生的数值计算阻尼，方程求解不用数值积分运算，可取大步长而不失计算精度，提高计算效率。

主权项

一种由地震引起的变截面挡水坝荷载效应的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）首先确定挡水坝的梁高，库水高度，坡度系数，验算点高度，挡水坝的横截面面积随库水高度的线性变化满足，其中，然后根据挡水坝的形状和材料特性确定固体的质量、刚度矩阵和阻尼矩阵，根据水流的形状和压缩特性确定流体的质量、阻尼矩阵和刚度矩阵；（2）然后动力计算选用Rayleigh阻尼，即，其中：和为阻尼计算系数；库水无限远边界条件取为，其中：、和分别为压力、法线方向和时间，为流体的波速；挡水坝的初始条件为：初位移和初速度均等于零；（3）根据、和得出流固耦合问题固体平衡方程为：，其中：为外加荷载值，、和分别为结构的加速度、速度和位移向量，为流固耦合矩阵；同时根据、和得出流固耦合问题流体平衡方程为：，其中：为流体的初始密度，、和分别为压力对时间的二阶导、一阶导和零阶导；另外，流固耦合问题流体平衡方程和固体平衡方程的边界条件为：，其中为流固边界体的法线方向，为流体的时变密度；流体无限远边界为：，其中为流体指向无限远处的法线方向；流体自由表面边界为：，其中和分别为重力加速度和流体自由液面的竖向位移；（4）之后将流固耦合问题流体平衡方程和固体平衡方程转换为矩阵形式：，令，，，，，则流固耦合问题平衡方程写成：，状态方程形式为：，其中为主对角元素为1的方阵；（5）接着将常数等式引入到状态方程内，将积分运算为代数运算，流固耦合方程表示为：，再令，，即流固耦合问题平衡方程表示为：，方程的解为：，传递矩阵的表达式为：，其中为离散时间步长，从方程的解得出结构的加速度、速度和位移向量。