大型预应力梁式渡槽动力特性分析-论文.pdf

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1、第35卷第3期华北水利水电大学学报(自然科学版)Vo1．35No．32014年6月JournalofNorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower(NaturalScienceEdition)Jun．2014DOI：10．3969／j．issn．1002—5634．2014．03．008大型预应力梁式渡槽动力特性分析董荭，魏克伦，宋春草(华北水利水电大学，河南郑州450045)摘要：渡槽结构的动力特性分析是渡槽结构地震响应分析及抗震设计的基础．采用有限元分析软件ANSYS对滏阳河渡槽进行动力特性分析，水体和槽壁之间的相互作用采

2、用附加质量法来处理，计算分析矩形渡槽在不同水深时的自振频率和主振型．计算结果表明：水体对渡槽结构主振型的影响可以忽略不计，但是对渡槽结构自振频率的影响很大；渡槽的频率随水深的加深而减小．研究结果可以为滏阳河渡槽的抗震设计及其防护提供依据．关键词：滏阳河渡槽；动力特性分析；自振频率；振型中图分类号：TV312文献标识码：A文章编号：1002—5634(2014)03—0032—04南水北调工程干渠需要跨越上千条河流、道路滏阳河渡槽由渡槽、滏阳河退水闸、排冰闸组成．等，渡槽成为其不可或缺的输水建筑物和关键性结滏阳河渡槽总长302n1．其中进口段(包括进口构．在南水北调工程中，渡槽预应力技

3、术得到了较为渐变段、进口检修闸、进口连接段)长80nl，槽身段广泛的应用．该技术不但可以提高渡槽的承载力和长120m，出口段(包括出口连接段、出口检修闸、出抗裂止水能力，同时可以节省材料，减小渡槽结构自口渐变段)长102111．渡槽的槽身纵向为4跨简支梁重．目前，国内在预应力渡槽动力特性分析方面已经结构，槽身为预应力混凝土结构，单跨长30m．槽身有很多研究成果“，但是为了简化计算，在预应力横断面为3槽一联矩形槽，净宽7m×3槽，渡槽总模拟方面多采用预应力等效荷载法．该方法没有模宽25．5m．拟预应力钢筋单元，不能很好地模拟预应力对渡槽2计算模型动力特性的影响．笔者采用有限元法对渡槽结

4、构进行动力特性分2．1渡槽结构特征方程析．计算分析中通过建立预应力钢筋单元来实现渡根据结构动力学基本原理，可以得到在无阻尼槽预应力张拉，从而真实、有效地模拟预应力对渡槽振动状态下渡槽结构的运动方程为动力特性的作用，并运用Westergaard法来处理水体Mii+Ku=0(1)对渡槽槽壁的横向作用；根据计算出的渡槽主要振式中：肘为质量矩阵；K为刚度矩阵；为节点位移动形式及其振动频率分析其动力特性，研究水体横向量；／／为节点加速度向量．向作用对渡槽振动的影响以及渡槽结构的刚度薄弱假设／．／=4'sin(∞￡+)(2)部分．研究结果可以为渡槽的抗震设计及防护提供可得／／=一4'sin(to

5、t+)(3)依据，从而保障渡槽的安全．将式(2)、(3)代入式(1)，可得结构振动的特征方程为1工程概况(K一M)西=0(4)南水北调磁县二标段滏阳河渡槽位于总干渠桩式中：为结构的自振频率；为结构的主振型．号15+686—15+988，上游距东武仕水库约500m．收稿日期：2014一O5一O6基金项目：河南省教育厅科学技术重点研究项目(14A410005)．作者简介：董荭(1980一)，女，河南鹤壁人，讲师，硕士，主要从事计算流体力学方面的研究第35卷第3期董荭，等：大型预应力梁式渡槽动力特性分析35型的振动规律是类似的．第1，7阶振型均为横向振模拟方法[J]．水力发电学报，2009

6、，28(3)：97—100，90．动；第2，8阶振型均为扭转；第3阶振型均为纵向振[2]徐建国．大型渡槽结构抗震分析方法及其应用[D]．大动；第9，10阶振型均为竖向振动；只有第4，5，6阶连：大连理工大学，2005．振型随着水深的增加逐渐发生了小的变化．这说明[3]楼梦麟，洪婷婷，朱玉星，等．预应力渡槽的竖向振动特结构整体的振动形态不受渡槽所载水体的影响．性和地震反应[J]．水利学报，2006，37(4)：436—由表3及表4还可以看出，在6种工况下，渡槽442，450．结构振型出现的先后顺序基本一致．先发生横向振[4]吴泽玉，贾燕．等效荷载法求预应力对频率的影响分析动，然后发生纵

7、向振动，再发生竖向振动．由结构动[J]．混凝土，2012(4)：9一lO，14．力学基本原理可知，振动通常先发生在整体结构刚[5]李彦军，王贺，吴迪．大型渡槽结构振动特性分析研究度较小的部分，说明渡槽槽身结构横向刚度最小，纵[J]．人民长江，2009，40(5)：50—51．向刚度次之，竖向刚度最大．[6]中国建筑科学研究院．GB50010-2002混凝土结构设计规范[s]．北京：中国建筑工业出版社，2002．4结语[7]朱伯芳．有限单元法原理与应用[M]