邕宁水利枢纽型钢砼闸墩的动力特性与地震响应研究

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闸墩是泄水建筑物闸门的主要受力支撑结构,闸墩的安全可靠直接关系到闸门是否能正常运行,也影响着水利工程的安全。因此,确保闸墩在各种工作环境下的安全可靠是水利水电工程泄水建筑物设计建设的永恒命题。型钢混凝土闸墩是最近才提出来一种新型闸墩结构,是利用型钢混凝土结构承载能力高、抗震性能好、防腐蚀的优点,在闸墩的牛腿支座处布置型钢代替传统扇形钢筋的型钢混凝土结构。初步研究的结果表明,弧形闸门使用的型钢混凝土闸墩在静荷载的作用下,具有结构体积小,承载能力大、刚度高的优点,适合用于修建水头流量大的泄水建筑物。目前对型钢闸墩是泄水建筑物闸门的研究主要集中在静力性能方面,对其动力性能的研究尚未开始。本文以广西邕宁水利枢纽为实际工程为背景,使用有限元数值模拟分析为手段,参考水利工程震害调查的结果,针对性地研究型钢混凝土闸墩动力特性与地震响应,得到的结论如下:(1)邕宁水利枢纽泄水水闸的型钢混凝土闸墩其基本周期为0.7秒,对比当地的地震动的特征周期0.35秒,二者相距较远不易发生共振;型钢混凝土闸墩的基本周期值位于我国地震动场地类别的第Ⅳ组,除了第Ⅳ组场地外,与邕宁水利枢纽泄水水闸结构相近的型钢混凝土闸墩可以在我国多个类别下的场地予以应用。(2)邕宁型钢混凝土闸墩的基本振型为横水流方向的左右平动,闸墩横向刚度比其他两个方向上的刚度小很多,地震中闸墩可能发生上部墩体的横向破坏,其抗震计算应以横向刚度验算为主。(3)对型钢混凝土闸墩的墩体和牛腿两个部位进行滞回分析的结果表明,由素混凝土构成的墩体的滞回性能较差,滞回曲线的包络面积以墩体的塑性区发展和混凝土出现裂缝为代价;墩体配置型钢后,牛腿支座的滞回曲线更为饱满,滞回性能也更好,原因是牛腿支座部位型钢的延展性在发挥作用。(4)水闸在设计地震谱下求得的最大地震响应表明,邕宁水利枢纽上的型钢混凝土闸墩抗震性能良好,大部分的闸墩处于弹性工作状态,但门槽、堰体等形状突变部位较为危险,应考虑对闸墩进行配筋防止出现开裂。(5)邕宁水利枢纽上的型钢混凝土闸墩在5-7级的地震波作用下表现良好,闸墩对于设计强度的地震时程记录的位移应力响应始终很小,未超过自身材料的设计值。(6)根据从两种地震分析方法中得到的结果,邕宁水利枢纽的型钢混凝土闸墩在地震中变形很小,满足工程抗震设计的要求,随着地震烈度的进一步增加,墩体可能会出现裂缝。
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