大型渡槽结构抗震反应应力分析

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1、大型渡槽结构抗震反应应力分析：本文采用大型有限元分析软件ANSYS中的梁单元、板壳单元、弹簧单元、质子单元和实体单元对渡槽整体结构进行有限元离散，利用该模型分析南水北调中线工程泜河渡槽三槽无水、中槽过水、两边槽过水和三槽过水四种运行工况的振动特性和在天津宁河地震波激励下的时程反应结果，找出渡槽不同运行工况各关键部位的最大位移及其变化规律和应力薄弱部位，依此提出合理的工程措施，所得结论为实际的设计提供参考。　　关键词：渡槽；抗震；流固耦合；动力模型　　Abstract:thispaperUSESalarge-scalefiniteelementanalysis

2、softelementplateandshellelement,springunit,protonsunitandentityunitintheentaqueductdiscrete,usingthemodelanalysisofsouth-to-northicexcitationNingHescheduleofreactionresult,andfindoutthedifferentoperatingconditionstheaqueductofthekeypartsofthemaximaldisplacementandstressandthechangi

3、nglaeasures,theconclusiontobeactualprovidesreferenceforthedesign.　　Keyic;Fluid-solidcoupling;Dynamicmodel　　　　　　[]：O357.3[]：A[]　　：TU352.1+1：A：　　1.1工程概况　　本文选取南水北调中线工程泜河渡槽初设阶段方案进行模态求解。泜河渡槽位于泜河上，槽身段全长270m，共分9跨，单跨长30m，槽身为三槽一联带拉杆预应力钢筋混凝土矩形槽，混凝土强度等级C50。槽身断面尺寸宽7.0m×高6.7m×3槽，槽身纵墙尺寸:中墙厚0.7m，

4、边墙厚0.6m，底板为肋板结构，板厚0.4m，肋间距为2.5m，断面尺寸0.4m×0.6m。纵墙顶设间距为2.5m的拉杆，断面尺寸为0.3m×0.5m。纵墙顶部设翼缘板，边墙翼缘板宽2.7m，中墙翼缘板宽3.0m。槽身纵墙底板以下增设宽1.3m（边墙）和1.5m（中墙），高均为1.5m的纵向大梁。　　渡槽下部支承结构型式为实体重力墩扩大基础，钢筋混凝土结构。基础底面尺寸7.5m×28.6m，厚2.0m，墩高8.596m～13.933m，厚3.5m，墩帽高2.5m，宽5.50m，长25.8m。　　渡槽设计流量220m3/s，加大流量240m3/s。设计水深5.

5、58m，加大水深5.98m。槽身横截面结构简图如图（1-1）所示：　　　　图1-1槽身横截面结构简图　　1.2地震理论分析方法　　本文选用天津宁河波作为为地震动输入，记录时长19.11s，时间间隔0.01s。在此地震波激励下进行渡槽在槽内无水、中槽过水、两边槽过水和三槽过水四种工况下的地震动力时程分析。　　槽体横梁、槽体纵梁、顶梁和顶部拉杆采用BEAM189单元，中墙板、边墙板和底板采用SHELL63单元，盆式橡胶支座的X、Y方向采用BIN40单元，Z方向使用BIN14单元，槽墩采用SOLID45单元，槽内水体按HOUSNER理论，分别采用MASS21单元和

6、BIN14单元模拟集中质量和弹簧。　　　　图1-2有限元模型整体图　　根据渡槽的实际运用要求，结合本次研究的目的，对以下四种工况分别进行模拟计算。　　工况一：完建期，槽内无水；　　工况二：中槽设计水深，两边槽无水；　　工况三：两边槽设计水深，中槽无水；　　工况四：三槽设计水深　　通过对这四种工况模态结果的分析，得到槽内水体对结构自振特性的影响规律。　　2渡槽地震反应应力分析　　本文从应力反应分析渡槽结构的地震反应，以期为该类型渡槽实际设计提供参考。从表2-2渡槽关键部位单元应力最值表可以看出，最大应力发生在三槽过水工况的中墙跨中底部单元处，发生的时间为15.

7、8秒，因此考察此刻渡槽结构其它构件的应力云图。本文做出了四种工况下的渡槽结构各构件（包括：槽身、槽墩、侧墙、底板、底部纵梁、底部横梁、顶部纵梁、拉杆）的最大主应力S1、最小主应力S3、X方向应力SX、Y方向应力SY、Z方向应力SZ和剪应力SXY的应力云图，以此分析结构各构件的应力特点。在此仅显示槽身应力云图。　　　　图2-1槽身应力云图　　渡槽结构关键部位单元包括：边墙跨边底部单元S_BB，边墙跨中底部单元S_BZ、边槽跨中底板单元S_BD、中墙跨边底部单元S_ZB、中墙跨中底部单元S_ZZ以及中槽跨中底板单元S_ZD。各关键部位单元不同工况下的第一主应力、

8、第三主应力、剪应力的最值以及它们所发生的时间如表2-