三维倒虹吸结构动力响应分析.pdf

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1、第32卷第5期长江科学院院报V01．32No．52015年5月JournalofYangtzeRiverien曲cResearchInstituteMay2015DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2015．05．0262015，32(05)：137—140三维倒虹吸结构动力响应分析陈丹，晏成明(广东水利电力职业技术学院水利系，广州510610)摘要：倒虹吸结构广泛应用于我国农田水利建设、城市供水、大型调水工程中，很大一部分倒虹吸结构处于高烈度地震区，不可避免遇到抗震问题。考虑土与倒虹吸结构的相互作用，建立三维有

2、限元模型进行静力分析，并在此基础上进行倒虹吸结构动力时程分析，研究倒虹吸结构在动力作用下的工作性态。通过比较加速度、位移及应力3方面的响应情况，发现地震作用下，加速度沿倒虹吸截面高度变化不大，Y向位移相对及向较大，各向应力的增幅较小，7级地震作用下倒虹吸结构是安全的。关键词：倒虹吸结构；三维有限元模型；时程分析；初始地应力；地震作用；动力响应中图分类号：TV312文献标志码：A文章编号：1001—5485【2015)05—0137—04随着经济社会发展对水资源的需求和区域水资源优化配置的需要，各类长距离、跨流域输水工程大量投入建设。在

3、这些大中型输水工程中，倒虹吸结构是不可或缺的重要建筑物之一¨J。然而很大一部分倒虹吸结构处于高烈度地震区，因此，对倒虹吸进行抗震分析研究必不可少l2j。本文作者考虑到单位：mill土与倒虹吸结构的相互作用，建立三维有限元模型进行动力时程分析，研究倒虹吸结构动力作用下图1倒虹吸结构横断面Fig．1Cross-sectionoftheinvertedsiphonstructure的工作性态，并评价其抗震性能。试验数据，结合现场岩土情况和地质勘探报告，计算模型中各土层力学参数，见表1。1工程概况表1材料参数Table1Materialpar

4、ameters本文以南水北调工程某倒虹吸结构为背景开展研究工作。倒虹吸结构分进口连接渠道、南段倒虹一泊比Eo／MPa吸、中间明渠、北段倒虹吸、出口连接渠道5段布置。岑其中进口渠道50m、南段倒虹吸段长1250m、中间明渠段长2030in、北段倒虹吸段长1055m、出口渠道长10nl。河倒虹吸渠段起点设计水位86．785in，终点设计水位85．591m，总水头1．194rfl。设计流2．2有限元计算模型量230m／s，加大流量250nl／s。本文对倒虹吸结构和土体进行有限元模拟，计算倒虹吸结构采用三孔一联的钢筋混凝土箱型结范围的确定原则

5、是，y向计算范围从倒虹吸中轴线向构，每孔过水断面尺寸为宽×高：6．500ITI．×两侧各延伸100m，地基深度从地表向下取42IIl。计6．600rfl，倒虹吸结构形式及尺寸如图1所示。算区域采用8结点六面体单元离散，地基根据材料的不同对网格进行分组。倒虹吸结构及地基整体网格2有限元模型建立模型见图2，倒虹吸结构的网格模型见图3，模型单元2．1工程地质参数总数为88967个，节点总数为100l44个。依据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50287-在进行有限元分析计算中，初始地应力场对计99)和《土工原理与计算》(第二版)，以及室内

6、岩土算结果影响很大，平衡地应力的目的是为了真实地收稿日期：2014—02—26：修回日期：2014—04—1O作者简介：陈丹(1980一)，女，湖北武汉人，讲师，硕士，主要从事水利水电建筑物工程方面的研究，(电话)020—87993782(电子信箱)chendhappy@163．COrn。第5期陈丹等三维倒虹吸结构动力响应分析139表2给出了倒虹吸结构特征部位节点的最大Y表4给出了选取的倒虹吸结构动力分析的特征向加速度及所在时刻。部位节点的Y向位移值及与对应点的静力位移比表2倒虹吸结构特征部位节点向加速度响应峰值较。Table2Pea

7、kaccelerationresponseindirectionYof从表4可以看出，静力作用下，倒虹吸结构特征characteristicpointsoftheinvertedsiphonstructure部位位移在0．11TIITI数量级；动力作用下，倒虹吸结构特征部位节点位置l，向加速度最值／(In·s-2)时刻／s特征部位位移则在1rlfllll数量级。倒虹吸结构在动力作用下，y向位移比静力时有明显的增加。表4倒虹吸结构特征部位Y向位移静动力比较Table4Displacementofeachcharacteristicpoi

8、ntin倒虹吸特征点7(顶板中部)加速度响应峰值最directionYunderstaticanddynamicactions大，底板处加速度峰值最小，顶板与底板加速度峰值相差1．88％，表明加速度沿倒虹吸截面高度变化不