地基對水閘抗震性能的影響研究

張新中　曾玉　唐克東　梁一星

摘要：考慮地基和不同邊界條件，選用時程分析方法，應用有限元軟件ANSYS對某水閘結構進行動力分析，結果表明：地基不僅對水閘閘室結構動位移有放大作用，而且還延遲了閘室結構的地震動位移，但對水閘的機架橋和啟閉機房影響很小。另外地基不僅放大了水閘結構的動應力響應，而且還延后了水閘結構地震動應力的出現，其對水閘閘室結構的放大作用最大，機架橋次之，啟閉機房最小。

關鍵詞：水閘；地基；固定邊界；黏彈性邊界；時程分析法；抗震性能

水閘結構抗震計算方法有擬靜力法、反應譜法和時程分析法。水閘抗震設計、復核一般采用擬靜力法，其將水閘結構視為完全剛性的，地震時結構物隨地基一起運動，不發生變形，僅考慮結構物的質量，通過結構物的質量與地震加速度的乘積得到地震荷載，直接以靜力的形式作用在結構的重心位置。這種方法沒有考慮到結構自身的動力特性，且不能夠反映地面的運動特征。

另外，陳健云等研究了動力分析中無限地基的兩種近似方法，即無質量地基和黏性邊界地基模型；劉晶波等提出了一種適合于黏彈性邊界的方法，將輸入的地震荷載轉化為作用于人工邊界上的等效荷載，從而將波動輸入問題轉化為波源問題；杜修力等將劉晶波等提出的方法應用到拱壩結構上，提出將一種新的黏彈性人工邊界結合顯式有限元的時域波動求解方法，即地震動輸入通過底邊界入射位移時程和側邊界自由場時程對應的解析應力作為邊界荷載實現：何建濤等用黏彈性邊界模擬無限地基輻射阻尼效應，彈簧一阻尼器一端需要與人工邊界節點相連，另一端需要固定，當黏彈性邊界把計算區域內散射波完全吸收時，計算模型就處在地震自由場運動，這樣地震的輸入問題就轉化為人工邊界節點上自由場運動的問題，自由場運動可以用人工邊界上節點的等效作用來處理；V，Saouma等提出一種邊界形式，地震波在遠場作為一個剪切激振梁，在接觸處通過阻尼和剛度矩陣作用在節點上。

本文采用無限地基的兩種近似方法，即無質量地基和黏性邊界地基模型，對水閘進行抗震分析。

1工程背景

某水閘為3孔鋼筋混凝土箱式涵閘。該閘按Ⅰ級建筑物設計，閘孔凈寬2.6 m，高2.8 m，閘室段長10.0m，底板厚1.55 m，邊墩厚0.75 m，中墩厚1.05 m。閘墩頂設有防沙閘門機架橋和工作閘門機架橋，工作閘門機架橋上設有啟閉機房，啟閉機房為磚混結構，但沒有構造柱。水閘設計地震烈度為7度。