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(yīng)用有限元軟件ANSYS對某水閘結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力分析，結(jié)果表明：地基不僅對水閘閘室結(jié)構(gòu)動位移有放大作用，而且還延遲了閘室結(jié)構(gòu)的地震動位移，但對水閘的機(jī)架橋和啟閉機(jī)房影響很小。另外地基不僅放大了水閘結(jié)構(gòu)的動應(yīng)力響應(yīng)，而且還延后了水閘結(jié)構(gòu)地震動應(yīng)力的出現(xiàn)，其對水閘閘室結(jié)構(gòu)的放大作用最大，機(jī)架橋次之，啟閉機(jī)房最小。

關(guān)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(jié)構(gòu)抗震計算方法有擬靜力法、反應(yīng)譜法和時程分析法。水閘抗震設(shè)計、復(fù)核一般采用擬靜力法，其將水閘結(jié)構(gòu)視為完全剛性的，地震時結(jié)構(gòu)物隨地基一起運(yùn)動，不發(fā)生變形，僅考慮結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量，通過結(jié)構(gòu)物的質(zhì)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(jié)構(gòu)的重心位置。這種方法沒有考慮到結(jié)構(gòu)自身的動力特性，且不能夠反映地面的運(yùn)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(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為波源問題；杜修力等將劉晶波等提出的方法應(yīng)用到拱壩結(jié)構(gòu)上，提出將一種新的黏彈性人工邊界結(jié)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(cè)邊界自由場時程對應(yīng)的解析應(yīng)力作為邊界荷載實現(xiàn)：何建濤等用黏彈性邊界模擬無限地基輻射阻尼效應(yīng)，彈簧一阻尼器一端需要與人工邊界節(jié)點相連，另一端需要固定，當(dāng)黏彈性邊界把計算區(qū)域內(nèi)散射波完全吸收時，計算模型就處在地震自由場運(yùn)動，這樣地震的輸入問題就轉(zhuǎn)化為人工邊界節(jié)點上自由場運(yùn)動的問題，自由場運(yùn)動可以用人工邊界上節(jié)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(yuǎn)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(jié)點上。

本文采用無限地基的兩種近似方法，即無質(zhì)量地基和黏性邊界地基模型，對水閘進(jìn)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(shè)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(shè)有防沙閘門機(jī)架橋和工作閘門機(jī)架橋，工作閘門機(jī)架橋上設(shè)有啟閉機(jī)房，啟閉機(jī)房為磚混結(jié)構(gòu)，但沒有構(gòu)造柱。水閘設(shè)計地震烈度為7度。