大型多槽式箱型渡槽的抗震分析-水工结构工程专业论文.docx

摘 摘 要 I I 摘 要 水资源的缺乏已经对我国经济发展造成很大影响，甚至对很多地方的人民生 活都带来困难。对此我国实施了南水北调工程，渡槽是在南水北调干渠遇到河流、 沟谷时，用于架空输水的一种交叉建筑物，仅中线工程中大型渡槽就有 47 座之多。 这些渡槽不同于其他水利工程建筑物的特点是，在运行过程中，其顶部槽身内具 有大体积大质量的流动水体，若遇地震，大质量水体与槽壁之间发生流固耦合作 用，对渡槽安全十分不利。 众所周知，我国是一个多地震国家，据记载，几乎全国各省都曾发生过破坏 性地震。20 世纪全世界发生的 7 级以上强震中，我国大陆地区就占 35%，其中就 有 3 次是震级达到 8.5 级以上的巨大地震。据统计，在全球 10 次死亡人数超过万 人的大地震中，总死亡人数达到百万，其中发生在我国的就有 4 次，震中死亡的 人数占 55%。所以，我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一。以我国南水北 调工程 3 条线路来看，据统计大部分线路都穿过地震区。按照我国 2001 年 8 月颁 布的中国地震动参数区划图看，统计表明，按相应于基本烈度 50 年超越概率 10% 计，南水北调工程位于Ⅶ度区（峰值加速度为 0.1g，g 重力加速度）以上者，东线 就有 67%，中线 59%，西线 91%。其中位于峰值加速度 0.2g 以上的高地震烈度区， 东线有 6%，中线 8%，西线达 23%。因此可见，南水北调工程中的抗震问题是十 分突出的，而其中，巨大质量集中在顶部的渡槽抗震是突出中的突出问题，对南 水北调工程的大型渡槽结构进行抗震分析研究是十分必要的。 作者查阅了近年来大量有关南水北调渡槽抗震分析方面的文献[1,2,4,5,10,11,12,13]， 文献显示，由于在南水北调工程中的渡槽，大多采用的是开敞箱式结构，即开口 的多槽式渡槽，如跨漕河渡、跨洺河渡槽、曲庄沟渡槽等。在地震动力作用下， 这种型式渡槽的槽壁（即槽身侧墙）横向刚度都较低，是渡槽抗震的薄弱部位。 为寻其原因，同时注意到箱型结构在整体性方面的优越性，本文为就开敞式渡槽 抗震性能的对比研究，特对箱型渡槽结构进行了抗震动力特性分析，包括结构模 态分析和地震响应分析。文中对“箱式渡槽结构+盆式橡胶支座+支承槽墩”借用 ANSYS 大型有限元分析软件进行了建模和计算研究，其中，对于槽内水体与槽壁 的流固耦合问题，采用 HOUSNER 模型进行模拟；对盆式橡胶支座采用弹簧—阻 尼单元模拟；对相邻跨段模拟，是将相邻的半跨槽身结构质量以质量单元形式附 加在有限元模型的槽墩上；采用宁河天津地震波，施加在有限元模型的横向和竖 II II 向，计算了结构前 20 阶的自振频率和主振型、结构的位移响应和应力响应。文中 以南水北调中线工程中洺河渡槽为例，对两种结构型式：1）开敞的四侧墙三槽式 槽身+盆式橡胶支座+支承槽墩；2）三孔箱型槽身+盆式橡胶支座+支承槽墩，分别 进行了模态分析和地震反应分析。从计算结果中，可以了解两种槽身结构型式， 各个部位地震位移响应和地震应力响应的分布规律及其最大位移和最大应力，所 得结果表明，箱型渡槽的整体性得到了提高，对结构的抗震是有利的。 关键词：箱型；流固耦合；模态；渡槽；动力特性；抗震 Abstract Abstract PAGE PAGE IV Abstract Water shortages have a big impact on economic development in our country, even bring difficult to peoples life in many places. So our country implemented the project of divert water from the south to the north, The aqueduct is an important kind of conveyance water buildings, only in the midcult project reaching to 47 seats.The different between aqueduct and other hydraulic engineering is that, when running the top slot body has a large bulky and quality within the flow of water, if they meet earthquake, the fluid-solid coupling effect coming from big quality water and slot wall occurring is not