凤仪场船闸地震反应谱分析

文/夏明星　吉林省航道管理局　吉林吉林　132003

凤仪场船闸地震反应谱分析

文/夏明星吉林省航道管理局吉林吉林132003

目前普遍采用的抗震设计方法为反应谱法。它成功的反映了地震动频谱的重要特性，同时也反映了不同自振周期的结构对地震作用的最大反映（加速度、速度和位移），较为简单而合理的反映了地震作用于结构反应之间的关系。相对于底部剪力法，反应谱法更加精确，能够考虑结构的前几阶振型，相比时程分析法而言计算也比较简单。

凤仪场船闸；地震反应谱分析

本文以四川省嘉陵江凤仪场船闸作为具体的工程背景，建立结构的三维实体有限元模型，采用地震反应谱法计算船闸闸室的地震荷载作用下的受力和变形情况，探讨船闸闸室的抗震性能。

1、结构模态分析及结果

闸室前40阶振型的周期和自振频率见表1所示。

表1　闸室前 40 阶自振周期和频率

2、凤仪场船闸动力特性结果分析

由表1可知，凤仪场船闸结构的一、二阶振型，三、四阶振型，五、六阶振型，七、八阶振型的频率相差不大，但是频率在这四段之间则呈跳跃性增长。

由凤仪场船闸结构的振型图可知：船闸的前两阶振型均为船闸横截面上的横向摆动，第一阶振型为同向摆动，第二阶振型则为反向摆动。而第三、第四阶振型则为扭转振型，随后的振型基本上为更高阶次的横向摆动和扭转振型，且摆动和扭转振型基本上呈现交替出现的特性。

凤仪场船闸闸室结构前200阶振型的自振频率和周期随振型阶数的变化趋势见图1和图2所示。

图1　自振频率变化趋势

图2　自振周期变化趋势

由图1和图2可知，自振频率随诊振型阶数的增加而增大，且增长的趋势趋于平缓，前50阶振型的自振频率增长较为迅速。自振周期随着振型阶数的增大而减小，前25阶振型的自振周期随着振型阶数的增多急剧减小，25阶振型以后的自振周期变化甚小。

在地震反应谱分析时，为保证计算精度，要求结构各个方向上的累积振型参与质量均不小于90%，凤仪场船闸结构的前200阶振型累积振型参与质量x方向为91.54%，y方向为92.42%，z方向为93.87%。因此，取前200阶振型对结构进行地震反应谱分析能够满足计算精度。

3、小结

对船闸闸室的动力特性进行分析，在此基础上对结构进行地震反应谱分析，主要得出以下结论：

（1）凤仪场船闸结构的一、二阶振型，三、四阶振型，五、六阶振型，七、八阶振型的频率相差不大，但是频率在这四段之间则呈跳跃性增长。船闸的前两阶振型均为船闸横截面上的横向摆动，第一阶振型为同向摆动，第二阶振型则为反向摆动。而第三、第四阶振型则为扭转振型，随后的振型基本上为更高阶次的横向摆动和扭转振型，且摆动和扭转振型基本上呈现交替出现的特性。

（2）地震发生时凤仪场船闸结构容易产生最大位移和最大应力的方向为Y向，这与船闸闸室的振型息息相关，船闸闸室的一阶和二阶主振型均为横向（即Y向）振动，使得Y向振动更容易被激发。

（3）地震输入为X+Y向时，结构的最大位移和最大应力较Y向输入时小，说明X向地震输入使得结构的地震反应减小；地震输入为X+Y+Z时，结构的最大位移和应力较X+Y时小，说明Z向地震输入同样使得结构的地震反应减小，因此地震的最不利输入方向为Y向，在进行抗震设计和验算时，地震输入方向应采用Y向输入。

（4）地震输入方向为X向时，结构的最大拉应力为1.65MPa，地震输入方向为Y向时，结构的最大拉应力为1.26MPa，均小于C25混凝土的抗拉强度标准值1.78MPa，因此在地震发生时，结构基本处于弹性工作状态，结构的抗震性能满足要求。

夏明星（1982.3-），男，江苏盐城人，本科，工程师，主要研究方向：港口航道管理。