樁-土-渡槽結構相互作用的擬動力試驗及計算研究.pdf

1、在20世紀末，興建跨流域調水工程已成為解決我國水資源分布不均勻問題的重要手段，對我國國民經濟的發(fā)展有著重要意義。隨著我國南水北調工程的開工建設，大流量、大跨度渡槽結構不斷涌現。大型渡槽結構的抗震問題已成為工程抗震領域研究熱點之一。
　　大型渡槽結構抗震計算方法的研究有著重要的意義，不僅能滿足南水北調工程中大型渡槽結構抗震設計的需要，也能為建立渡槽結構抗震設計理論和方法提供參考資料。
　　本文主要對渡槽結構橫槽向地震響應規(guī)律、

2、渡槽結構橫槽向抗震計算模型、槽墩高度對渡槽結構橫槽向動力特性及橫槽向地震響應的影響規(guī)律進行了研究。本文的主要研究工作及成果如下:
　　(1)開展了渡槽結構原理性的多自由度子結構擬動力模型試驗。通過渡槽結構擬動力模型試驗對土-樁-渡槽結構-水體動力相互作用體系的橫槽向地震響應規(guī)律進行了研究，試驗結果表明:在輸入地震波峰值加速度相同時，渡槽結構在不同試驗地震波作用下的橫槽向地震響應峰值存在較大差異;槽內水體與渡槽結構的流-固耦合動力相

3、互作用可能減小也可能增大渡槽結構橫槽向地震響應峰值，其影響規(guī)律主要與水體對渡槽結構調頻作用大小和水體動水壓力兩種因素有關;隨著輸入地震波峰值加速度的增大，底部樁周附近土體塑性發(fā)展使得試驗模型的剛度等特性發(fā)生變化，從而使得渡槽結構橫槽向地震響應時程曲線波形及其峰值大小表現出明顯差別。
　　(2)建立了擬動力試驗模型的整體有限元仿真計算模型，對擬動力試驗模型橫槽向地震響應進行了仿真計算，并與試驗結果進行了比較，結果表明本文建立的擬動力

4、試驗模型整體有限元仿真計算模型能夠估算擬動力試驗模型的橫槽向地震響應，并能夠較好地反映槽內水體對試驗模型橫槽向地震響應的影響。同時，本文另外建立了兩種試驗模型的整體有限元計算模型，分別對擬動力模型試驗中所沒有考慮的土層運動和土體的計算范圍取值大小對渡槽結構橫槽向地震響應的影響進行研究，結果表明:采用擬動力試驗方法能夠較好地得到渡槽結構橫槽向地震響應規(guī)律，獲得的渡槽結構橫槽向地震響應峰值誤差比較小。
　　(3)建立了擬動力試驗模型簡

5、化有限元仿真計算模型，對渡槽結構橫槽向地震響應進行了仿真計算，并與試驗結果進行了比較，結果表明本文建立的簡化有限元仿真計算模型能夠近似地估算試驗模型的橫槽向地震響應，并能夠較好地反映槽內水體對試驗模型橫槽向地震響應的影響。同時，通過對簡化有限元仿真計算模型地震自由場輸入和地震慣性力輸入計算結果的比較可知:兩者的橫槽向地震響應峰值大小有一些差別，但仍能夠較好地反映試驗模型橫槽向地震響應規(guī)律。另外，通過對簡化有限元仿真計算模型地震自由場輸入

6、計算結果與擬動力試驗模型整體有限元模型三計算結果的比較可知:兩者得到的渡槽結構橫槽向地震響應在波形、峰值大小及其頻譜特性上有一定差別，但兩者反映的渡槽結構橫槽向地震響應規(guī)律是一致的。
　　(4)以Housner彈簧-質量簡化模型及土-樁非線性動力Winkler地基梁簡化模型為基礎，建立了一種可以同時考慮流-固耦合動力相互作用與土-樁非線性動力相互作用的渡槽結構橫槽向抗震簡化計算模型，對擬動力試驗模型橫槽向地震響應進行了仿真計算，結

7、果表明該模型能夠近似地估算試驗模型的橫槽向地震響應，并能夠較好地反映槽內水體對試驗模型橫槽向地震響應的影響。同時，通過對自由場輸入和地震慣性力輸入計算結果的比較可知:兩者的橫槽向地震響應峰值大小有一些差別，但仍能夠較好地反映試驗模型橫槽向地震響應規(guī)律。另外，通過對該模型與整體有限元模型三計算結果的比較可知:兩者得到的渡槽結構橫槽向地震響應在波形、峰值大小及其頻譜特性上有一定差別，但兩者反映的渡槽結構橫槽向地震響應規(guī)律是一致的。