水闸闸室抗震动力分析及措施
朱庆华 ， 顾美娟
（ 江苏省水利勘测设计研究院有限公司 ，江苏 扬州 ２ ２ ５ ０ ０ ９） 摘要 ：在水闸闸室抗震设计中 ， 为充分考虑闸室结构空 间 振 动 的 耦 联 影 响 ， 建立了能反映闸室结构实际情况 采用振型分解反应谱法对闸室结构进行了抗震动力计算 ， 并以嶂山闸闸室为例 ， 结合闸 的空间三维计算模型 ， 室结构地震作用效应的分析结果 ， 提出了有针对性的抗震措施 ， 达到了减小地震作用效应 、 增强闸室抗震性能 的目的 。 关键词 ：水闸闸室 ；自振周期 ；反应谱 ；地震效应 ；地震影响系数 ；特征周期 中图分类号 ： ＴＶ ６ ６ ２； ＴＶ ３ １ ２ 文献标志码 ：Ａ
６］ ： 应力按下式转化为截面内力 ［
求解闸室结构的各阶自振周期和相应振型， 即：
２
／ （ ） （ ） Ｔ ＝ω ２ ２ π ｜Ｋ －ω Ｍ ｜＝ ０； ： ， ／ ； 式中 ω 为闸室自振 圆 频 率 ｒ ａ ｄｓ Ｔ 为 闸 室 自 振 ， 。 周期 ｓ 在水闸闸室结 构 设 计 中 ， 为确保闸室的稳定 一般闸室顺水流向均有一定的长度 ， 在采用振 性， 型分解反应谱法 计 算 闸 室 地 震 作 用 效 应 时 ， 需考 虑闸室结构在地 震 作 用 下 的 扭 转 作 用 ， 其地震作 用的最大值宜采 用 完 全 二 次 型 方 根 法 组 合 ， 对水 闸闸室结构 ， 其 阻 尼 比 可 取 为 ０． 因此闸室地 ０ ５，
第３ ０卷 第１期 ２ ０ １ ２年１月 （ ） 文章编号 ： １ ０ ０ ０ ７ ７ ０ ９ ２ ０ １ ２ ０ １ ０ １ １ ４ ０ ４ － － －
水 电 能 源 科 学 Ｗ ａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ０Ｎ ｏ ． １ Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ２
的计算结果更为 精 确 ， 但由于工程场地区域的实 因此在水闸工程的 测地震加速度曲 线 难 以 测 定 ， 抗震设计中 ， 通常 将 闸 室 钢 筋 混 凝 土 结 构 视 为 线 弹性结构 ， 采用振 型 分 解 反 应 谱 法 对 结 构 进 行 抗 震效应分析 。 １． １ 振型分解反应谱法 在采用振型分解反应谱法对水闸闸室结构进 行抗震效应分析时 ， 闸室结构体系经离散化后 ， 可 对运动状 态 中 各 节 点 按 下 式 建 立 动 力 平 衡 微 分
１ 闸室地震效应分析
水闸地震作用效应计算可采用动力法或拟静 力法 ， 但对设计烈度 为 ห้องสมุดไป่ตู้、 ９ 度 的 １、 ２级水闸或地 应采用动力法进行 基为可液化土的 １、 ２ 级 水 闸， 抗震计算 。 动力计算法分为振型分解反应谱法和 时程动力分析法 ， 其中振型分解反应谱法是按设
， 收稿日期 ： 修回日期 ： ２ ０ １ １ ０ ８ ０ ８ ２ ０ １ １ ０ ９ １ ９ － － － － ， ： 作者简介 ：朱庆华 （ 男， 工程师 ， 研究方向为水利水电工程 ， ｚ ｚ ｈ ｕ ｈ＠１ １ ９ ７ ６ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ２ ６． ｃ ｏ ｍ －） ｙ ｑ 图 １ 设计加速度反应谱 Ｆ ｉ １ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ｓ ｅ ｓ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｇ． ｇ ｐ ｐ
计加速度反应谱考虑地震时的地面加速度所引起 的结构自身的加 速 度 动 力 反 应 ， 并以作用于结构 将动力问题转化为静力 上的地震惯性力 来 表 示 ， 问题处理 ； 时程动 力 分 析 法 是 将 表 示 场 地 区 地 面 加速度的地震波直接输入结构的动力方程对结构
１］ 。 在理论上时程动力分析法 进行地震效应分析 ［
２］ ： 方程 ［
¨ （ ） Ｍ １ α ｙ＋Ｃ ｙ＋Ｋ ｙ＝ βＭ 式中 ， 阻尼 、 刚度 Ｍ、 Ｃ、 Ｋ 分别为闸室结构的质量 、 ¨ 速度 和 位 移 ； 矩阵 ； α ｙ、 ｙ、 ｙ 分别为质点的加速度 、
为地 震 加 速 度 代 表 值 ； β为相应振型下的地震动 可采用图１所示的设计加速度反应谱确定。 力系数，
第３ ０ 卷第 １ 期
朱庆华等 ： 水闸闸室抗震动力分析及措施
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在抗震动力分 析 前 ， 可通过自由振动特征方 程
［ ２］
在对闸室 结 构 建 立 三 维 空 间 有 限 单 元 计 算 模 型 时， 选用节 点 分 布 较 为 规 则 的 六 面 体 单 元 （ 长方 ， 对闸室结构建立三维空间有限单元体系计算 体） 模型 ， 再进行抗震动力分析 。 １． ３ 结果整理 闸室结构的闸墩 、 排架 、 胸墙等结构均比较规 则， 根据材料力学原理 ， 将各阶振型下的界面节点
控制流量的水工建筑物 ， 水闸作为调节水位 、 具有挡水和泄 （ 引） 水 等 多 种 功 能， 是江河湖泊防 洪调度 、 排涝挡潮 、 引水供水工程体系的重要组成 部分 ， 亦是减少自然灾害损失 、 保障社会经济发展 和人民群众生命财产安全的重要基础设施 。 我国 水闸大部 分 建 于 ２ 限于当时 ０世纪６ ０～７ ０ 年 代， 经济 、 技 术 条 件， 建设标准 不高， 尤其是对位于地 震区的水闸 ， 其闸 室 等 主 体 建 筑 物 的 抗 震 措 施 严 成 为 我 国 水 利 工 程 体 系 中 的 薄 弱 环 节。 重 不 足， 目前 ， 我国已开始 对 大 中 型 病 险 水 闸 进 行 除 险 加 以消 除 大 中 型 病 险 水 闸 的 安 全 隐 患 。 随 固工作 ， 着工程技术的进 步 ， 用于建筑物抗震分析的理论 并针对 水 工 建 筑 物 的 抗 震 设 计 制 定 了 日趋成熟 ， 相应的行业规范 ， 同时计算机的飞速发展 ， 使得工 程结构空间抗震动力计算可通过计算机软件建立 空间三维有限单元体系计算模型来进行分析 。 鉴 此， 本文在分析水 闸 闸 室 结 构 地 震 作 用 效 应 的 基 结合实际工程 ， 对已建水闸闸室结构进行了 础上 ， 并提出了有效的除险抗震措施 ， 取 抗震动力分析 ， 得了较好效果 ， 对今后类似水闸闸室除险加固抗 震设计具有一定的指导和借鉴意义 。