论文部分内容阅读
摘 要：水利工程是涉及到人民财产和安全的重要工程，是为消除水害和开发利用水资源而修建的工程。在水利工程中存在有许多重要的水工建筑物，其结构所受的荷载都具有不同程度的动荷载性质，有不少结构主要在振动环境下工作，因此需要研究结构动力特性对水工建筑物结构状态的影响。本文就水利工程存在的一些动荷载的相关问题，分析结构动力学在水利工程抗震中的重要应用。
关键词：结构动力学 水利工程 抗震
引言：
近年来，随着西部大开发战略实施，我国已建成或者正在建设高于100米大坝数量超过100座，且部分战略性工程规模巨大，地震烈度较高。在地震高烈度区，抗震安全多为工程建设中的关键。因此结构动力学中的结构抗震设计理论及其应用在水利工程建设中发挥着越来越重要的作用。
1.结构动力学
结构动力学是结构力学的一个分支，着重研究结构对于动载荷的响应（如位移、应力等的时间历程），以便确定结构的承载能力和动力学特性，或为改善结构的性能提供依据。结构动力学同结构静力学的主要区别在于它要考虑结构因振动而产生的惯性力和阻尼力，而同刚体动力学之间的主要区别在于要考虑结构因变形而产生的弹性力。在结构动力学分析中，动荷载的确定是一项重要而困难的工作。近年来发展的"载荷识别"是一项新技术，它根据结构在实际工作情况下测得的响应资料反推结构所受到的载荷资料。结构动力学中动力荷载下所受的荷载比静力学中的静力荷载下所受的荷载要高，因此在大型工程中应该着重研究结构对于动荷载的响应，以便确定结构的承载能力和动力学特性，或为改善结构的性能提供依据。
2.水利工程的抗震问题
水利工程作为以防洪灌溉、除害兴利的目的而建造的工程，其规模大，投资多，技术复杂，工期较长，因此在设计过程中需要综合所方面因素考虑。其主体结构大坝主要有土石坝和混凝土坝等。
土石坝在地震发生后可能震害：第一种情况是滑坡，唐山地震之后密云水库出现过大规模滑坡的现象；第二种情况是塌陷，如陡河土坝出现大坝严重塌陷；第三种情况是液化，其主要表现在砂土地基与建筑大坝的材料砂砾出现液化，在震动过程中饱水的砂砾等材料会变成流沙向四周流动，这样大坝就完全失去了抗震的能力，大坝很可能在很快的时间内垮掉；第四种情况是裂缝。面板堆石坝的防渗层可能出现裂缝或隆起；还有就是两岸的坝头可能产生山体滑坡。这些都是地震可能給土石坝带来的破坏情况。
混凝土坝在地震发生后可能震害：主要表现为裂缝与两岸坝肩滑坡。其主要出现的地带是顶部裂缝和底部裂缝。裂缝出现的问题就是漏水还削弱坝的整体稳定所以一旦发生裂缝要及时处理、整修。据已有经验，混凝土坝整个垮塌还是较少出现。但迄今混凝土坝真正遭遇极强地震考验的还较少。如1999年我国台湾地震的时候，石岗水闸在地基断层错动后整个闸隆起来大约6～7米，整个坝体都断裂了。
水工建筑物抗震设计的基本要求是，能抗御设计烈度的地震，如有局部损坏，经一般处理仍可正常使用。在设计中应注意：
（1）结合抗震要求选择有利的工程地段和场地。
（2）避免地基失效和靠近建筑物的岸坡失稳。
（3）选择安全、经济、合理的抗震结构和工程措施。注意结构的整体性和稳定性，改善结构的抗震薄弱部位。
（4）从抗震角度提出对施工的质量要求和措施。
（5）考虑震后便于对遭受震害的建筑物进行检修，能适时降低库水位。
设计烈度高于Ⅸ度的水工建筑物，和设计烈度为Ⅸ度、高于250m的壅水建筑物，应专门进行抗震研究。【1】
3.结构动力学在水利工程抗震中的应用
通常人们使地震对水利工程减小破坏的措施主要是通过两种途径，即通过减小地震动的输入来使其控制在大坝能够承受的范围和通过改变大坝本身的性能来适应或应对地震振动等来减小对大坝的影响，使大坝能够承受住这种影响。地震的灾害给我国人民人身安全造成了严重的威胁，发生重大灾情的时候，大坝作为重大工程，它的安全稳定显得特别重要。因此，我们必须在一定的经济条件下，最大限度得限制和减轻大坝的地震破坏，从而保证人民的生命财产安全不受损害。
根据结构动力学所特有的特性，动力结构在地震时就会有一定的动力效应，简单的说就是结构上质点的地震反应加速度与地面运动的加速度有所不同，且结构上质点的地震结构自震周期与阻尼具有一定的联系。对动力学方法的应用可以对自由度弹性体系质点的加速度反应进行求解，并求得不同周期的加速度反应，并根据实际已有的数据给出合理的优化方案。
如果我们仔细研究钢框架结构的非弹性地震反应我们会发现柱的轴向塑性变形会朝一个方向积累，进而导致水平位移增大，从而加剧 P—Δ效应。轴向力将减小挠曲为主的振型的自振频率，而且将加大拉伸振型的自振频率。运用离散变量方法，对整个体系进行处理，用拉格朗日方程进行一般性分析，以便考虑结构的空间特性[2]。
结束语
水利工程是为了控制、利用和保护地表及地下的水资源与环境而修建的各项建设工程，其主要作用是防洪、灌溉、发电、供水等。水利工程结构动力学相关领域的理论为工程安全性、稳定性提供了重要的技术支撑，使得工程结构整体的安全性能得到了保障。在对工程抗震结构的设计过程中，不仅需要对工程结构的使用功能和使用年度进行考虑，同时还需要对建筑结构的安全防震性能进行考虑，并在工程结构设计的过程中充分对地震的来临进行模拟，要保证桥梁符合小震不坏、中震可修、大震不倒的原则[3]。为了做到以上的抗震要求，就要对结构动力学的基本原理和方法进行充分的学习，并运用到水利工程抗震结构设计中。
参考文献：
[1]《水工建筑物抗震设计规范》DL 5073—1997
[2]刘旺.建筑结构中结构动力学的防震减震应用分析[J].现代商贸工业，2011，23（22）：312.
[3]王敬东，胡晓飞，董一丁.建筑结构中结构动力学的防震减震应用研究[J].城市建筑，2013（18）：49.
关键词：结构动力学 水利工程 抗震
引言：
近年来，随着西部大开发战略实施，我国已建成或者正在建设高于100米大坝数量超过100座，且部分战略性工程规模巨大，地震烈度较高。在地震高烈度区，抗震安全多为工程建设中的关键。因此结构动力学中的结构抗震设计理论及其应用在水利工程建设中发挥着越来越重要的作用。
1.结构动力学
结构动力学是结构力学的一个分支，着重研究结构对于动载荷的响应（如位移、应力等的时间历程），以便确定结构的承载能力和动力学特性，或为改善结构的性能提供依据。结构动力学同结构静力学的主要区别在于它要考虑结构因振动而产生的惯性力和阻尼力，而同刚体动力学之间的主要区别在于要考虑结构因变形而产生的弹性力。在结构动力学分析中，动荷载的确定是一项重要而困难的工作。近年来发展的"载荷识别"是一项新技术，它根据结构在实际工作情况下测得的响应资料反推结构所受到的载荷资料。结构动力学中动力荷载下所受的荷载比静力学中的静力荷载下所受的荷载要高，因此在大型工程中应该着重研究结构对于动荷载的响应，以便确定结构的承载能力和动力学特性，或为改善结构的性能提供依据。
2.水利工程的抗震问题
水利工程作为以防洪灌溉、除害兴利的目的而建造的工程，其规模大，投资多，技术复杂，工期较长，因此在设计过程中需要综合所方面因素考虑。其主体结构大坝主要有土石坝和混凝土坝等。
土石坝在地震发生后可能震害：第一种情况是滑坡，唐山地震之后密云水库出现过大规模滑坡的现象；第二种情况是塌陷，如陡河土坝出现大坝严重塌陷；第三种情况是液化，其主要表现在砂土地基与建筑大坝的材料砂砾出现液化，在震动过程中饱水的砂砾等材料会变成流沙向四周流动，这样大坝就完全失去了抗震的能力，大坝很可能在很快的时间内垮掉；第四种情况是裂缝。面板堆石坝的防渗层可能出现裂缝或隆起；还有就是两岸的坝头可能产生山体滑坡。这些都是地震可能給土石坝带来的破坏情况。
混凝土坝在地震发生后可能震害：主要表现为裂缝与两岸坝肩滑坡。其主要出现的地带是顶部裂缝和底部裂缝。裂缝出现的问题就是漏水还削弱坝的整体稳定所以一旦发生裂缝要及时处理、整修。据已有经验，混凝土坝整个垮塌还是较少出现。但迄今混凝土坝真正遭遇极强地震考验的还较少。如1999年我国台湾地震的时候，石岗水闸在地基断层错动后整个闸隆起来大约6～7米，整个坝体都断裂了。
水工建筑物抗震设计的基本要求是，能抗御设计烈度的地震，如有局部损坏，经一般处理仍可正常使用。在设计中应注意：
（1）结合抗震要求选择有利的工程地段和场地。
（2）避免地基失效和靠近建筑物的岸坡失稳。
（3）选择安全、经济、合理的抗震结构和工程措施。注意结构的整体性和稳定性，改善结构的抗震薄弱部位。
（4）从抗震角度提出对施工的质量要求和措施。
（5）考虑震后便于对遭受震害的建筑物进行检修，能适时降低库水位。
设计烈度高于Ⅸ度的水工建筑物，和设计烈度为Ⅸ度、高于250m的壅水建筑物，应专门进行抗震研究。【1】
3.结构动力学在水利工程抗震中的应用
通常人们使地震对水利工程减小破坏的措施主要是通过两种途径，即通过减小地震动的输入来使其控制在大坝能够承受的范围和通过改变大坝本身的性能来适应或应对地震振动等来减小对大坝的影响，使大坝能够承受住这种影响。地震的灾害给我国人民人身安全造成了严重的威胁，发生重大灾情的时候，大坝作为重大工程，它的安全稳定显得特别重要。因此，我们必须在一定的经济条件下，最大限度得限制和减轻大坝的地震破坏，从而保证人民的生命财产安全不受损害。
根据结构动力学所特有的特性，动力结构在地震时就会有一定的动力效应，简单的说就是结构上质点的地震反应加速度与地面运动的加速度有所不同，且结构上质点的地震结构自震周期与阻尼具有一定的联系。对动力学方法的应用可以对自由度弹性体系质点的加速度反应进行求解，并求得不同周期的加速度反应，并根据实际已有的数据给出合理的优化方案。
如果我们仔细研究钢框架结构的非弹性地震反应我们会发现柱的轴向塑性变形会朝一个方向积累，进而导致水平位移增大，从而加剧 P—Δ效应。轴向力将减小挠曲为主的振型的自振频率，而且将加大拉伸振型的自振频率。运用离散变量方法，对整个体系进行处理，用拉格朗日方程进行一般性分析，以便考虑结构的空间特性[2]。
结束语
水利工程是为了控制、利用和保护地表及地下的水资源与环境而修建的各项建设工程，其主要作用是防洪、灌溉、发电、供水等。水利工程结构动力学相关领域的理论为工程安全性、稳定性提供了重要的技术支撑，使得工程结构整体的安全性能得到了保障。在对工程抗震结构的设计过程中，不仅需要对工程结构的使用功能和使用年度进行考虑，同时还需要对建筑结构的安全防震性能进行考虑，并在工程结构设计的过程中充分对地震的来临进行模拟，要保证桥梁符合小震不坏、中震可修、大震不倒的原则[3]。为了做到以上的抗震要求，就要对结构动力学的基本原理和方法进行充分的学习，并运用到水利工程抗震结构设计中。
参考文献：
[1]《水工建筑物抗震设计规范》DL 5073—1997
[2]刘旺.建筑结构中结构动力学的防震减震应用分析[J].现代商贸工业，2011，23（22）：312.
[3]王敬东，胡晓飞，董一丁.建筑结构中结构动力学的防震减震应用研究[J].城市建筑，2013（18）：49.