渡槽支撑排架结构动力分析-甘肃科技.pdf

第３０卷　第１３期 甘肃科技 Ｖｏｌ３０　Ｎｏ１３ ２０１４年７月 ＧａｎｓｕＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｕｌ　２０１４ 渡槽支撑排架结构动力分析 １，２，３ ３ １，２ 陈　琳 ，李宗利 ，易　鑫 （１．中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室，甘肃 兰州７３００００；２．中国科学院大学，北京 １０００４９； ３．西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌７１２１００） 摘　要：针对扶风县官务水库灌溉干渠１号渡槽支撑排架动力稳定问题，采用拟静力法、振型分析反应谱法、有限元 法对空槽和设计水位工况进行了动力分析，通过分析比较以上３种方法的静动效应叠加结果可知，１）排架在地震荷 载作用下，动力响应底部最大，腰部次之，顶部最小；２）结构第一、二振型主要表现为水平振动；第三、四振型为竖直 振动；第一振型的引起的地震响应最大，其他振型的贡献率较小；３）利用振型分解反应谱法对排架结构进行抗震分 析得到的结果，与相同工况下商业软件的有限元结果一致性较好，而拟静力法结果明显大于反应谱振型分解法和有 限元法结果；４）渡槽无水时各阶振动周期较小，而槽体充水后，各阶自振周期明显增大，这说明水体对结构的自振特 性的影响较大。 关键词：排架；动静力叠加；拟静力法；振型分解反应谱法；有限元法 中图分类号：ＴＶ９１ 　　渡槽结构体系主要包括槽身、槽墩、基础及槽 好的计算精度，并满足工程计算要求［５］。 ［１］ 台 ，而无论采用何种渡槽支撑形式，具有质量分布 结合扶风县官务水库灌溉干渠１号渡槽支撑排 不均，顶部重量大的特点；特别是山区峡谷的渡槽，槽 架工程实例，在空槽水和设计水位工况条件下，采用 墩一般较长，抗震防灾能力较弱；并且目前我国渡槽 拟静力法、振型分解反应谱法、有限元法等三种不同 抗震设计尚无制订专门规范，水工建筑物抗震设计规 方法对其进行动力学分析，分析比较结构体系在地 范也未覆盖渡槽的抗震设计。刘颖等采用拟静力法 震作用下的受力特点、抗震性能，以便为该工程设计 对Ｕ型渡槽进行地震响应分析，研究表明小型渡槽的 提供参考依据。 抗震分析中拟静力法是可行的［２］；邱小吉等详细介绍 了振型分解反应谱法在抗震设计中的应用，为抗震设 １　工程背景及计算模型 ［３］ 计提供了理论依据 ；张伯艳、刘云贺等采用反应谱 扶风县官务水库灌溉干渠 １号渡槽总长８２ｍ， 法对南水北调穿黄渡槽进行了抗震分析，并验证了 单跨１１ｍ，位于７度地震设防区。根据地形 １号渡 ［４］ “附加质量法”在地震分析中的可行性 ；李遇春等 槽共布置排架６个，高度为４．４～１０．５ｍ。渡槽排架 研究了抗震分析中的有限元法，得出有限元法具有较 横截面布置图如图１所示。 图１　排架结构布置 １２６ 　　　　　　　　　　　甘　肃　科　技　　　　　　　　　　　　　　　　第３０卷 排架立柱尺寸５００ｍｍ×３５０ｍｍ，两立柱中心距１．７２ｍ。 类水工建筑物可采用拟静力法计算地震作用效应， 柱身之间每隔２．５ｍ设置一横横梁，横梁尺寸３００ｍｍ 其中质点的动态分布系数，按规范中水闸动态分布 ×３５０ｍｍ。槽壳采用Ｃ３０混凝土预制，槽深 １．１８ｍ， 系数取值。在水平地震作用下，假定槽墩顶部横梁 半径０．７１ｍ，厚度０．１２ｍ，总高１．３ｍ。槽身侧梁尺寸 的反弯点在跨中，该点没有竖向位移，因此可将中部 １８０ｍｍ×１５０ｍｍ×１５０ｍｍ；槽身两端设置加劲肋，端肋 横梁的质量聚集于相同高度的排架上，将排架牛腿 宽