大型倒虹吸水工結構動力響應分析.pdf

1、我國的水資源十分豐富，但分配極不均勻，通過大型調(diào)水工程實現(xiàn)跨流域的水資源重新分配則顯得尤為重要。南水北調(diào)工程是目前在建的最大調(diào)水工程，它能有效緩解我國北方水資源嚴重短缺問題，而大型倒虹吸結構作為一種立交水工建筑物廣泛應用于該調(diào)水工程，且以渠道倒虹吸居多。倒虹吸結構分布跨度大，致使其中很多結構都處于高發(fā)地震區(qū)域，保證這些倒虹吸結構在未來可能遭遇的地震中安全可靠地運行直接決定著南水北調(diào)工程的巨大經(jīng)濟社會效益。
　　我國作為一個地震多發(fā)

2、國家，加之很多渠道倒虹吸結構身處地震高發(fā)區(qū)域，這些結構極易遭遇近、遠場地震動作用。其中近場地震動伴隨有速度和位移脈沖，這種脈沖效應能使結構承受高能量的沖擊作用，引起結構產(chǎn)生較大的內(nèi)力、變形及位移；而遠場地震動具有豐富的長周期分量，這些長周期部分很可能與大型渠道倒虹吸結構的管-土整體結構體系自震周期相近或一致，由此形成結構的共振或者類共振現(xiàn)象，從而嚴重破壞結構。
　　本文依托南水北調(diào)工程建設背景，選取工程中的大型渠道倒虹吸作為研究對

3、象。根據(jù)土-結構動力相互作用原理，并考慮到管道內(nèi)動水作用的影響，應用大型有限元分析軟件ANSYS建立管-土-水體整體模型，由此并分析計算渠道倒虹吸結構在近、遠場兩種不同頻譜特性地震動作用下的動力響應。文中將渠道倒虹吸結構拆分為成水平管身段和進口漸變段兩個部分進行建模研究，分別創(chuàng)建了水平管身段二維、三維模型以及進口漸變段三維模型進行動力響應分析，計算研究結果主要表明：
　?。?）管內(nèi)水體能有效地降低管-土結構體系各階振型的幅值，且過

4、水孔道越多，管-土體系自振幅值越小；
　　（2）在本研究設定的近、遠地震動作用下，結構在水平向均會產(chǎn)生了較大的絕對位移量，容易造成管道接口的錯動破壞；另外，在近場地震動中豎向地震分量也明顯引起結構豎向產(chǎn)生較大絕對位移量，因而在近場地震動分析中，考慮豎向地震動十分必要。
　?。?）在本研究設定的近、遠場地震動作用下，倒虹吸結構各個模型動力計算的拉、壓應力極值均未達到結構的抗拉、抗壓強度水平，結構不會出現(xiàn)拉、壓應力破壞；但進口漸

5、變段三維模型動力計算產(chǎn)生了1MPa以上的最大拉，該值與結構2.05MPa抗拉強度水平數(shù)量級相當，會使結構產(chǎn)生拉應力損傷，比如拉裂縫。
　　（4）在本研究設定的近、遠場地震作用下，動力分析中所作的位移、應力時程曲線都存在突跳現(xiàn)象，尤其在遠場地震動作用下三維水平管身段模型的應力曲線中突跳更為明顯。這種位移、應力突跳現(xiàn)象與近場地震動的脈沖作用，遠場地震動引起結構的短暫共振現(xiàn)象不無相關性，另外嚴重的驟升驟降突調(diào)現(xiàn)象對結構破壞作用較大。