基于ANSYS的钢闸门地震反应谱分析.pdf

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1、四川建筑科学研究第４０卷第２期２０６ＳｉｃｈｕａｎＢｕｉｌｄｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ２０１４年４月基于ＡＮＳＹＳ的钢闸门地震反应谱分析孔剑，朱召泉，董顾春（河海大学土木与交通工程学院，江苏南京２１００９８）摘要：采用大型结构分析软件ＡＮＳＹＳ对某核电站的平面钢闸门进行地震反应谱分析。在ＡＮＳＹＳ中建立有限元模型，对结构进行模态分析，提取前十阶频率和模态振型，得出平面钢闸门的自振特性。采用振型分解反应谱法和谱分析技术计算地震作用下闸门的动力响应，并将动力计算结果与静力计算结果进行叠加。计算结果表明，地震作用下钢闸门能满足强度要求。关键词：闸门；模态分析；谱分析；ＡＮＳＹ

2、Ｓ中图分类号：ＴＵ３９１文献标志码：Ｂ文章编号：１００８－１９３３（２０１４）０２－２０６－０３［４］０引言１振型分解反应谱法水工钢闸门是水工建筑物的重要组成部分之振型分解反应谱法是目前水工结构抗震设计规一，它的作用是封闭水工建筑物的孔口，并能够按其范规定的一种常规方法，流程为模态分析、谱分析、工作需要全部或局部地开启这些孔口，可靠地调节模态扩展和合并模态，它通过理想简化的单质点体上下游水位，以实现防洪、灌溉、引水发电、通航、过系的最大地震反应来描述地震动的特性，考虑了地［１］木以及排除泥沙、冰块和其他漂浮物等。震时地面运动特性与结构自身的动力特性之间的关闸门振动

3、是水工钢闸门经常出现的一种现象，系，通过反应谱来计算结构动力特性（自振周期、振多数闸门在启动的时候，即便在关闭状态下都会出型）所产生的共振效应，即将模态分析结果与一个现不同程度的振动情况。引起闸门振动的原因有很已知的地震反应谱耦合起来，然后通过计算确定结多方面，情况也非常复杂，其中最主要的原因是动水构在地震载荷作用下的动力响应。作用的不均衡，从闸门与动水互相接触的那一刻开在采用振型分解反应谱法对钢闸门结构进行抗［２］始，振动现象就随之出现。通常情况下是采取一震效应分析时，钢闸门结构体系经离散化后，可对运些应对措施来减小闸门的振动，诸如在闸门的上游动状态中各节点按式

4、（１）建立动力平衡微分方程：装置防浪栅、浪排，防止波浪引起闸门的振动。但是Ｍｙ¨（ｔ）＋Ｃｙ（ｔ）＋Ｋｙ（ｔ）＝－ＭＩｙ¨ｇ（ｔ）（１）在遇到振动较大的情况，如发生地震的时候，就需要式中Ｍ为质量矩阵，为一对角矩阵；Ｋ为刚度矩对闸门的抗震进行详细的分析，避免闸门发生破坏。阵，为一对称方阵；Ｃ为阻尼矩阵，通常取质量矩阵地震使水工钢闸门发生破坏的原因主要表现在和刚度矩阵的线性组合；ｙ（ｔ）、ｙ（ｔ）和ｙ¨（ｔ）分别为两个方面：其一，地震造成闸门地基失稳，从而引起质点相对于基础的位移、速度和加速度的列向量；ｙ¨ｇ结构位移、裂缝，甚至隆起和陷落；其二，地震惯性力（ｔ）为

5、地基水平运动加速度；Ｉ为单位矩阵。的作用导致闸门结构强度不足或者失稳从而引起闸振型分解反应谱法求解地震反应时，需利用各门结构破坏。前者与闸门地基土密切相关，后者主［３］振型的最大地震作用效应来综和结构总的地震作用要与闸门的结构设计和施工质量等密切相关。效应，即将产生的振型进行组合，以确定合理的地震本文结合国内某核电站的平面钢闸门结构设作用效应。根据分析，如假定地震时地面运动为平计，利用ＡＮＳＹＳ计算软件，采用振型分解反应谱法稳随机过程，则对于各平动振型产生的地震作用效对闸门结构进行抗震效应分析，验算地震惯性力作应可近似采用下列“平方和开方”（ＳＲＳＳ）的方法来用下

6、闸门结构的强度是否满足抗震要求。确定，即：２Ｓ＝槡∑Ｓｊ（２）收稿日期：２０１３０７２９作者简介：孔剑（１９８８－），男，硕士研究生，研究方向：钢结构。式中Ｓ为水平地震效应；Ｓｊ为ｊ振型水平地震作用Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｏｕｎｇｓｃｏｎ＠１２６．ｃｏｍ产生的作用效应，包括内力和变形。２０１４Ｎｏ２孙剑，等：基于ＡＮＳＹＳ的钢闸门地震反应谱分析２０７２算例２．１工程概况某核电站冷却水进水口设置露顶式平面钢闸门，孔口尺寸为２３ｍ×５５ｍ，设计水头５ｍ，采用钢丝绳卷扬式静水启闭，抗震类别１Ｆ，闸门采用Ｑ２３５Ｂ钢，钢材弹性模量Ｅ＝２０６ＧＰａ，泊松比μ＝３０３，

7、质量密度ρ＝７８５０ｋｇ／ｍ，根据初步设计闸门总质量４８１２ｋｇ。作用在闸门上的荷载主要有水压力、图２平面闸门的有限元模型闸门自重、启闭力等。［５］根据《水工建筑物抗震设计规范》的规定：了解结构的基本动力特性。“在一般情况下，水工建筑物可只考虑水平向地震固有频率和模态振型是结构的重要动力特性，作用”，竖向地震荷载对整个结构的动力响应影响对动力荷载作用下结构的响应起关键作用。一般较小。因此，对该核电站平面钢闸门进行地震反应地，各个振型在地震总反应中的贡献将随着其频率谱分析时，只考虑水平向（闸门厚度方向）的地震荷的增加而迅速减小，故频率最低的几个振型往往控载。资料所给

8、定的临界阻