渡槽結構動位移分析

彭利華

（河北軟件職業技術學院，河北 保定 071000）

渡槽結構動位移分析

彭利華

（河北軟件職業技術學院，河北 保定 071000）

根據渡槽的結構特點，應用ANSYS有限元分析軟件，對實際工程中某渡槽進行了抗震分析，探討了該渡槽在4種工況下的動位移變化范圍，結果表明槽內是否有水對結構整體的動位移均有一定影響，所得結果可為該渡槽的抗震設計提供依據。

渡槽結構；有限元；動位移

南水北調工程是為解決我國水資源分布不均而興建的大型水利工程。渡槽是跨越河流、道路的重要架空輸水建筑物，由槽身、支架、支座等部分組成。在南水北調中線工程中大型渡槽就有數十座，且大部分位于地震烈度7度及7度以上地區，這些渡槽的抗震設計對整個工程的安全和經濟運行有著至關重要的影響。因此，開展大型渡槽結構地震反應分析的研究具有重要的現實意義。本文利用ANSYS程序，對某渡槽進行了多種工況下的位移分析研究。

1 計算條件和方法

1.1 建模依據

渡槽由槽身、槽墩、支座等部分組成，在本結構中分為底部縱、橫梁，渡槽邊墻板、中墻板，頂部頂梁、拉桿及槽墩，槽墩為一中空的加肋薄殼結構。以往常常將槽身作為實心梁單元進行模擬，不能考慮各構件彎扭位移耦合作用，導致結果存在較大誤差。針對渡槽結構型式特點及各部件的受力特性，建模時采用了梁元與板殼元，用梁元來表示底部縱梁、橫梁、頂部拉桿與頂部縱梁，用板殼元表示邊墻板、中墻板、底板及槽墩，建立結構的整體模型進行分析。本模型中共有6146個單元，5022個節點，30132個自由度，具體模型見圖1。

1.2 材料參數

渡槽槽體的材料C50混凝土，密度2500kg/m3，彈性模量32.5GPa，泊松比0.167；渡槽槽墩墩帽的材料C40混凝土，密度2500kg/m3，彈性模量32.5GPa，泊松比0.167；渡槽槽墩的材料C25混凝土，密度2500kg/m3，彈性模量28.0GPa，泊松比0.167；支座部分，密度2500kg/m3，彈性模量3.86GPa，泊松比0.35。

2 渡槽結構的地震反應分析

在時程分析法中需要輸入地震地面運動加速度v咬g，本文選用適用于中硬、中軟場地的EL－Centro（1940.5.18 S－E）波作為地震波輸入，地震歷時10s，時間間隔0.02s，地震波加速度時程曲線如圖2所示。在此地震波激振下進行渡槽結構在各種工況下的地震動力時程分析，進行時程分析時取地震烈度為7度。

2.1 槽內無水

結構動位移的計算與分析如表1所示。

計算結果表明：頂梁及拉桿在橫向出現的位移較大，橫向最大位移均出現在梁的跨中，其他部位的位移相對較小，各梁的位移分布規律均相同；板的位移中墻板在橫向出現大值，部位發生在板的中段上部，底板和墩帽的各項位移均較小。

表1 各構件的位移 單位：mm

2.2 三槽過水

結構動位移的計算與分析如表2所示。

計算結果表明：頂梁及拉桿在橫向出現的位移較大，橫向最大位移均出現在梁的跨中，其他部位的位移相對較小，各梁的位移分布規律均相同；板的位移中墻板在橫向出現大值，部位發生在板的中段上部，底板和墩帽的各項位移均較小。三槽過水的各項位移值均比空槽時的數值明顯增大。

表2 各構件的位移 單位：mm

2.3 中槽過水

結構動位移的計算與分析如表3所示。

計算結果表明：這種工況下的動位移分布與其他工況基本相同，只是具體數值有所不同，各項數值處于槽內無水和三槽過水這兩種工況之間。

表3 各構件的位移 單位：mm

2.4 邊槽過水

表4 各構件的位移 單位：mm

結構動位移的計算與分析如表4所示。

計算結果表明：邊槽過水情況比較復雜，分布規律與前邊各工況基本相同，只是具體數值有所不同。由于邊槽內有水，結構上部質量加大，位移也大于無水時的位移，但是由于水質量分布在邊緣，不均勻，導致個別部位的位移增加很多。

3 結語

（1）渡槽結構在這幾種工況下的動位移最大值分布位置基本相同，只是具體數值有所不同。渡槽結構有水時的位移大于無水時的位移，這是因為隨著水位的增加，結構上部質量加大，從而使作用在渡槽上的地震作用加大引起的。

（2）槽內是否有水對槽墩墩帽的動位移影響不大，但是對槽身上部的動位移有較大影響。

總體而言，該結構多數部位的動位移值均不大，動位移比較大的部位在渡槽上部的頂梁、拉桿及邊墻和中墻，為減小地震對渡槽的影響，設計計算中應該采取適當抗震措施來減小該結構的動力反應，保證渡槽的安全使用。

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Study on Dynamic Displacement of Aqueduct

PENG Li－hua
（Hebei Software Institute，Baoding 071000，China）

Based on structural characteristics of aqueduct and finite element method software ANSYS，seismic response analysis is conducted for a large－scale aqueduct.The instance of distributing of dynamic displacement of the aqueduct under four conditions is studied.The conditions with water whether or not， or with part water influence the value of dynamicdisplacement The computation results lay the foundation for systematic design of the aqueduct.

aqueduct structure；finite element methods；dynamic displacement

TV31

A

1672-9900（2011）01-0053-03

2010－11－29

彭利華（1975－），女（漢族），河北陽原人，講師，主要從事結構分析研究工作，（Tel）13730269081。