[發明專利]建立卵形消化池的簡化模型的方法

無效

• 申請號: 200710060165.8
• 申請日: 2007-12-25
• 公開（公告）號: CN101211380A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: 姜忻良;高海;袁蕾;白玉平;姜南;宗金輝
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/40;C02F3/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 李素蘭

技術領域

本發明屬于結構工程領域，涉及一種用于進行消化池動力分析的消化池簡化模型的建立方法。

背景技術

污泥消化池是采用活性污泥法的大型污水處理廠工藝流程中的主體構筑物之一。通常，消化池基本上由集氣罩、池蓋、池體、下錐體四部分組成，并附設攪拌及加溫設備。消化池容量大，內氣壓較高，建后常年滿水，水位高達10m以上，對于大型消化池來說，其水位甚至可高達30m以上。消化池具有體型高、重量大、構造和承載復雜、施工周期長、造價占投資比重高的特點。

在給排水構筑物中，消化池分為柱形消化池和卵形消化池。由于卵形消化池內壁均勻光滑、池底面積較小、有很好的受力性能、池體上部空間狹小、單位容積表面積小及容易實現施工的連續性，因此卵形消化池比柱形消化池存在很大的優越性。

卵形消化池屬于特種結構的范疇，它既不同于建筑結構，也有別于水工結構，為其設計提出了較高要求。近年來，對卵形消化池結構的研究和分析越來越受到關注。另外，消化池的抗震性能直接關系到其自身安全及震后周圍環境。對于這種重要的給排水構筑物，抗震設計應予以充分重視。在以往的設計中，有成熟的簡化計算方法，但沒有考慮相互作用對結構的影響。

地震時，土與結構的相互—作用是一個普遍存在的問題。土—結構體系的動力相互作用一般包括兩個方面：一方面是由慣性力引起的相互作用，另一方面則是由所謂約束地震動引起的相互作用，也稱運動相互作用。土—結構相互作用是近三四十年來得到廣泛關注的研究課題，它的研究對象涉及高層建筑、大型橋涵、海洋結構、地下工程、核電站、高水壩等與地基相連，并在動力荷載作用下與地基有相互作用影響的各種結構體系。

有限元方法自產生開始就對土木工程的發展起了至關重要的作用，從某種意義上可以說，運用于土木工程中的模型分析，該法是無所不能的。有限元解法又可以分為兩大類：頻域有限元法和時域有限元法。從理論上講，整體時域直接動力分析方法解決問題的深度和廣度是其它方法所不能比擬的，但是其最大的一個缺陷也是顯而易見的，即有限域的劃分并不能真正代表整個土場的動力反應，只能將近于無限的計算域用某一人為邊界截斷，工程分析中需要做一定的近似處理，更多的時候就使用有界域，采用所謂的人工邊界來限定分析區域。

土—結構動力相互作用模型可簡化為結構—地基系統，如圖1所示，整個系統由兩部分組成：以結構—地面交界面分界的位于地面7中的結構1系統和地面7下的地基介質。人工邊界4是對無限連續的基地介質進行有限化處理時，在地基介質中人為引入的虛擬邊界，即將地基介質化分為地基有限域2和地基無限域6。人工邊界條件就是該邊界上結點所需滿足的人為邊界條件，用于模擬切除的地基無限域6的影響，圖中附圖標記7所示為地震動。在進行結構—地基—土相互作用分析時，一般檢測、計算和分析的過程都非常繁瑣，往往需要花費大量的人力和財力，很難被工程單位接受。如何在找出合理的物理模型的同時，又可以有效地簡化對模型三維問題的檢測、計算和分析，并能方便地應用到實際工程中去，一直是學術界和工程界共同關注的問題。

由Gladwell獨立提出的分枝模態法是有限單元法(或集聚質量法)和假定模態法的一種雜交技巧。其基本特點是對復雜結構的各部件施加指定的一系列拘束，使其局部剛化，借以形成各個分枝系統(或局部剛化結構)。分枝的形成方法取決于結構本身的幾何形狀，但分枝的取法需滿足完備性條件，即原則上各個分枝運動的組合應能完全表達結構的運動特征。由于該方法形成分枝時保證了相鄰部件間的位移協調，因此任一分枝模態(比如分枝系統的主模態)都可以作為整體系統的一種假想模態，去參與結構主模態的分析。

分枝模態法使自由度大為縮減而又不失其精度，但對于結構—樁基體系在材料性能、結構形式諸方面有較大差異的情況下，采用一般已有通用程序、專用程序很難進行分析，很難得到工程上實用的結果。

由模態綜合技術可知，每一分枝模態集合中應取多少模態參與綜合，由頻率準則確定。考慮到方法的實用性及能方便于實際工程中的應用，根據模態綜合的思想，可以將此工作分為二步來進行：第一步，將上部結構粗略劃分區域。劃分區域的原則，只要能使劃分區域后的結構能反映其本身的特性，然后進行計算，可以求得這種狀態下體系的各種值，其目的主要是求出上、下部結構的耦合項，第二步，將上部結構按研究的要求詳細劃分區域，然后進行計算，這就是分枝模態—二步分析法。