渡槽结构动位移分析

彭利华

（河北软件职业技术学院，河北 保定 071000）

渡槽结构动位移分析

彭利华

（河北软件职业技术学院，河北 保定 071000）

根据渡槽的结构特点，应用ANSYS有限元分析软件，对实际工程中某渡槽进行了抗震分析，探讨了该渡槽在4种工况下的动位移变化范围，结果表明槽内是否有水对结构整体的动位移均有一定影响，所得结果可为该渡槽的抗震设计提供依据。

渡槽结构；有限元；动位移

南水北调工程是为解决我国水资源分布不均而兴建的大型水利工程。渡槽是跨越河流、道路的重要架空输水建筑物，由槽身、支架、支座等部分组成。在南水北调中线工程中大型渡槽就有数十座，且大部分位于地震烈度7度及7度以上地区，这些渡槽的抗震设计对整个工程的安全和经济运行有着至关重要的影响。因此，开展大型渡槽结构地震反应分析的研究具有重要的现实意义。本文利用ANSYS程序，对某渡槽进行了多种工况下的位移分析研究。

1 计算条件和方法

1.1 建模依据

渡槽由槽身、槽墩、支座等部分组成，在本结构中分为底部纵、横梁，渡槽边墙板、中墙板，顶部顶梁、拉杆及槽墩，槽墩为一中空的加肋薄壳结构。以往常常将槽身作为实心梁单元进行模拟，不能考虑各构件弯扭位移耦合作用，导致结果存在较大误差。针对渡槽结构型式特点及各部件的受力特性，建模时采用了梁元与板壳元，用梁元来表示底部纵梁、横梁、顶部拉杆与顶部纵梁，用板壳元表示边墙板、中墙板、底板及槽墩，建立结构的整体模型进行分析。本模型中共有6146个单元，5022个节点，30132个自由度，具体模型见图1。

1.2 材料参数

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

2 渡槽结构的地震反应分析

在时程分析法中需要输入地震地面运动加速度v咬g，本文选用适用于中硬、中软场地的EL－Centro（1940.5.18 S－E）波作为地震波输入，地震历时10s，时间间隔0.02s，地震波加速度时程曲线如图2所示。在此地震波激振下进行渡槽结构在各种工况下的地震动力时程分析，进行时程分析时取地震烈度为7度。

2.1 槽内无水

结构动位移的计算与分析如表1所示。

计算结果表明：顶梁及拉杆在横向出现的位移较大，横向最大位移均出现在梁的跨中，其他部位的位移相对较小，各梁的位移分布规律均相同；板的位移中墙板在横向出现大值，部位发生在板的中段上部，底板和墩帽的各项位移均较小。

表1 各构件的位移 单位：mm

2.2 三槽过水

结构动位移的计算与分析如表2所示。

计算结果表明：顶梁及拉杆在横向出现的位移较大，横向最大位移均出现在梁的跨中，其他部位的位移相对较小，各梁的位移分布规律均相同；板的位移中墙板在横向出现大值，部位发生在板的中段上部，底板和墩帽的各项位移均较小。三槽过水的各项位移值均比空槽时的数值明显增大。

表2 各构件的位移 单位：mm

2.3 中槽过水

结构动位移的计算与分析如表3所示。

计算结果表明：这种工况下的动位移分布与其他工况基本相同，只是具体数值有所不同，各项数值处于槽内无水和三槽过水这两种工况之间。

表3 各构件的位移 单位：mm

2.4 边槽过水

表4 各构件的位移 单位：mm

结构动位移的计算与分析如表4所示。

计算结果表明：边槽过水情况比较复杂，分布规律与前边各工况基本相同，只是具体数值有所不同。由于边槽内有水，结构上部质量加大，位移也大于无水时的位移，但是由于水质量分布在边缘，不均匀，导致个别部位的位移增加很多。

3 结语

（1）渡槽结构在这几种工况下的动位移最大值分布位置基本相同，只是具体数值有所不同。渡槽结构有水时的位移大于无水时的位移，这是因为随着水位的增加，结构上部质量加大，从而使作用在渡槽上的地震作用加大引起的。

（2）槽内是否有水对槽墩墩帽的动位移影响不大，但是对槽身上部的动位移有较大影响。

总体而言，该结构多数部位的动位移值均不大，动位移比较大的部位在渡槽上部的顶梁、拉杆及边墙和中墙，为减小地震对渡槽的影响，设计计算中应该采取适当抗震措施来减小该结构的动力反应，保证渡槽的安全使用。

［1］王博，李杰.大型渡槽结构地震响应分析［J］.土木工程学报，2002，34（3）：30－33.

［2］王博.大型渡槽结构地震反应分析理论与应用［D］.上海：同济大学，2000.

［3］李桂青.抗震结构计算理论和方法［M］.北京：地震出版社，1985.

［4］江见鲸，贺小岗，傅德炫.建筑结构分析程序［M］.北京：中国建筑工业出版社，1993.

［5］李遇春，乐运国，李祥新，等.大型高墩渡槽横向地震反应分析［J］.武汉水利电力大学学报，1999，32（3）：43－46.

［6］高兑现，李正农，唐永胜，等.渡槽结构地震反应分析［J］.水利发电学报，2004，23（5）：40－43.

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

彭利华（1975－），女（汉族），河北阳原人，讲师，主要从事结构分析研究工作，（Tel）13730269081。