考虑剪力滞影响地渡槽非线性地震反应分析.pdf

设。南水北调总体规划推荐东线、中线和西线三条调水线路。通过三条调水线路与长江、 黄河、淮河和海河四大江河的联系，构成以“四横三纵”为主体的总体布局，以利于实现 我国水资源南北调配、东西互济的合理配置格局。南水北调的主要功能是改变水资源在时 空上的自然分布，使之适应社会生产和生活需要，是我国优化水资源配置的重要基础性设 旋。南水北调工程兼有跨流域、跨省市、长距离、大流量的性质，因此规模庞大，社会关 系复杂，建设上有相当难度，而一旦实施将可获得巨大的经济、生态和社会效应。 众所周知，我国是一“个多地震国家，根据历史记载，几乎各省都曾经发生过破坏性地 震。20世纪全世界发生的7级以上的强震中，中国大陆就占35％，有3次震级为8．5级以 上的巨大地震发生在中国大陆，所以，我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一。以南 水北调中线工程而言，按照2001年8月必威体育精装版颁布的中国地震动参数区划图，作初步统计的 结果表明，以相应于基本烈度50年超越概率10％计，工程位于Ⅶ度区的峰值加速度在O．19 以上者中线占59％，其中位于峰值加速度0．29以上的高地震烈度区中线占8％。因此，南 水北调工程中的抗震问题是十分突出的。以中线工程为例，全长1267km，跨越大小河流160 余条，整个工程中的各类交叉建筑物1800多座，其中长达3～4km的穿黄工程，更是国内 外少有先例。一旦某个重要环节遭受震害损坏，全线输水即告中断。且中线工程沿线缺乏 调蓄工程，所经地区是我国人口稠密、经济较发达地区，邻近京九、京广铁路干线，可能 导致严重的地震次生灾害。因此，确保南水北调工程的抗震安全性意义十分重大嘲。 为了给渡槽抗震设计及相关规范的修订提供理论依据和资料，特开展本课题的研究。 1．2国内外研究现状 1．2．1近年来国内外渡槽的研究现状 渡槽是跨越河流、道路、山谷等的架空输水建筑物，由渡槽槽身、支架、支座等部分 组成，是南水北调大型水利工程中的重要交叉建筑物，从抗震角度看，渡槽与桥梁的主要 差别是巨大水槽内水体会形成的“头重脚轻”的状况，这是一种对抗震不利的结构形式。 在南水北调工程中线总干渠中，大型渡槽交叉建筑物就有数十座，且大部分位于地震烈度7 度及以上的地区，有的还在地震高发区，这些建筑物的抗震设计，对整个工程的安全与经 济运行有着十分重要的影响。当大型渡槽通过地震区时，如何确保这些大型渡槽在地震作 用下的安全，是关系到国计民生的重大问题。““。渡槽在其设计年限内，不仅受到水压、自 重等静力的作用，还受到风、地震等动力荷载的作用，确保渡槽在荷载作用下的正常使用， 具有十分重要的意义。目前，关于渡槽承受静力荷载作用的研究相对较多，而对渡槽在动 力荷载作用下的研究则比较少。我国原水工建筑物抗震设计规范“1(sDJl0—78)编制说明中 指出：“渡槽等水工建筑物，由于缺少动力特性资料及实际运用经验，还不能在本《规范》 中概括，有待于进一步积累资料，于今后修订时逐步补充。”现行的水工建筑物抗震设计规 范。1(DL5073—2000)中仍未提及渡槽抗震设计，致使我国渡槽抗震设计无所遵循。 随着南水北调工程的开工，关于渡槽的研究这几年也逐渐多了起来，文献[7][8]分 析了大型渡槽混凝土施工的技术难点和容易出现的质量缺陷，从施工工艺、配合比设计、 模板设计、防渗修复等方面提出了优化方案，探讨了在施工过程中采用的几种新的技术。 文献[9]分析了漆水河渡槽工程伸缩缝、安装缝、角缝等出现渗漏的原因，介绍了工程防渗 处理采用的方案和具体的施工工艺以及施工中的注意事项。 文献[10]采用壳体单元和三维等参单元，对大型预应力u型薄壳渡槽静动力特性进行 了三维有限元分析，给出了静力分析结果，并与模型试验作了对比。结果表明：结构最大 压应力和最大拉应力均满足强度要求，最大位移也满足刚度要求，同时进行了结构的动力 特性的计算分析，为渡槽的抗震设计提供了依据。文献[11]应用拉格朗日一欧拉(ALE)有限 元方法对比分析了大型三维排架支撑矩形、u形渡槽结构的地震响应，获得了渡槽中动水压 力资料。研究表明，渡槽中水体的晃动幅度十分显著，水体的大幅晃动显著地改变两种截 面形式渡槽中的水压力、槽体应力值及u形渡槽动水压力和应力分布，对矩形渡槽动水压 力和应力分布规律影响不大。动应力分布的改变直接影响到大型预应力U形渡槽结构中预 应力钢筋的有效性。在渡槽的抗震设计中，应充分考虑u形渡槽动水压力和动应力分布的 变化问题，动水压力应该作为一项主要的外荷载予以考虑。文献[12]应用动力有限元方法 对某渡槽工程进行了地震时程分析，阐述了进行渡槽结构地震时程分析的