渡槽結構地震動力作用淺析與思考

【摘 要】隨著建筑學理論及研究的日益深入，將其應用到實際的工程建設中的效果就越發(fā)明顯，諸多理論內容為實踐提供了強有力的支撐。從具體情況來看，為了深入挖掘渡槽結構地震動力特性及其作用，則以渡槽結構原理性擬動力分析及其研究結果為依據，并借助建筑懸臂梁結構來呈現其作用效力。本文就渡槽結構地震動力作用的相關內容進行闡釋，以期為改善實際工況帶來有益的借鑒。

【關鍵詞】渡槽結構；地震動力；作用；淺析

在實踐過程中，為了能夠進一步明確渡槽結構地震動力作用及其對建筑實體的影響，以及證實渡槽結構原理性的相關內容，則采用最小余能法來計算懸臂梁結構在地震作用下的動態(tài)應力狀況。其結果表明，在以往常規(guī)的有限元法計算模式下的結果不夠精準，且與理論數據有一定的偏差，相對而言，采用最小余能法來計算懸臂梁結構在地震作用下的動態(tài)應力更加符合現實的工況。

1.針對渡槽結構地震動力作用的分析內容闡述

大型渡槽結構是我國水利工程項目中不可或缺的重要部分，渡槽結構對于工程的實施效能有著深遠的影響。從現實的角度來看，地震等不可抗力的發(fā)生給水利工程當中的渡槽結構帶來不可預估的干擾，為了維持一個良好的工況與環(huán)境，保證渡槽在地震動力作用之下能夠保持結構的穩(wěn)定性，以及總體運行的安全性，則需要借助渡槽結構原理性擬動力分析策略對動態(tài)應力進行準確計算，從而找出一種能夠保證渡槽結構穩(wěn)定的有效策略來輔以工程結構建設。

1.1淺析渡槽結構及其所受到的地震動力作用

渡槽是用于輸送渠道水流且跨越河道、洼地等地質環(huán)境的架空水槽，可以用來灌溉或輸送水資源，還可以用于排洪工程等領域建設[1]。從渡槽的實體結構來看，其受到外力的影響較大，尤其是地震動力效應的影響，通常情況下，渡槽由進出口段、槽身以及支架結構等框架所組成，其中，支架近似于懸臂梁結構，它在受到地震應力作用時較為敏感。

因懸臂梁結構較為簡單，能夠更為清晰的看到該類型結構所受到的地震動力作用情況，從而計量出渡槽結構的固有頻率，以及懸臂梁的動力特性。與本文所研究渡槽支架相對應的懸臂梁模型，梁高H為10米，懸臂梁的橫截面高度a為0.8米，寬度b為0.4米[2]。此外，懸臂梁的彈性模量E=2.06×1011N/m2，泊松比ν=0.3，質量密度ρ=7800kg/m3。計算點A（其位置坐標為66.9cm，2.23cm）處在EL-CENTRO地震波（N-S分量，最大幅值調幅到1g）下的軸向動應力σx[3]。

1.2結構動態(tài)應力計算模式下的最小余能原理及地震動力作用研究

為了更加深入地計算渡槽結構地震動力作用及其對于實際工程的影響，在渡槽結構原理性擬動力分析理論的支撐下，采取了最小余能原理來進行地震動力作用研究。研究是以渡槽懸臂梁結構為基準來構建的。實際上，結果顯示出，具體的懸梁臂所受到的地震動力是呈現出不規(guī)則的波動效果的，在地震動力作用下的懸臂梁的動態(tài)應力對比情況如圖1所示：

圖1 在地震動力作用下的懸臂梁的動態(tài)應力對比示意圖

在圖1中，渡槽結構中的懸臂梁構造模型的數據波動在地震動力作用下出現了一定程度的變化，因其是在水利工程的工況下所實施的，也就是說，懸臂梁在最小余能法計算下的動態(tài)應力理論于該模型中得到了真實的驗證?？傮w而言，在實際的工況中，采用最小余能法的理論來計量渡槽懸臂梁結構的動態(tài)應力的結論與理論數據較為接近，而相比之下，采用傳統(tǒng)的計算模式則會出現或多或少的數值偏差。因此，可以說，采取最小余能法來計算渡槽結構的動態(tài)應力較為可行，能夠滿足具體工況的實踐測算要求。

2.大型渡槽結構所受到的地震動力作用分析及其動態(tài)應力的計算

2.1大型渡槽結構所受到的地震動力作用分析

在水利工程施工建設的過程中可以看到，由于大型渡槽的結構較為龐大，且槽內水體質量也相對較大，因此，如若發(fā)生地震現象，在這不可抗力的作用下就會對渡槽結構的穩(wěn)定帶來較大的影響，由此看來，分析并計算渡槽結構所受到的地震動力作用及其具體數據，對于維護大型渡槽結構有極佳的現實意義。從實踐過程來看，橫向地震反應分析是渡槽抗震維護中的核心內容，在現實的工況中，橫向地震作用之下的水質流動與大型渡槽結構間的作用力較大，相對而言，槽內水體的阻尼較小。基于此，在地震等不可抗力的作用下，為了維護渡槽結構的穩(wěn)定性以及水利工程建設的安全性，則需要采用科學、合理的機械模型來對其動態(tài)應力進行精準的測算，進而有助于保證實體水利工程項目以及渡槽結構框架建設的可行性[4]。此外，由于豎向地震的作用力相對于橫向地震的作用力較小，則在實際的渡槽結構分析與計算的過程中，往往不考慮豎向地震的作用效力，但如若建筑物所在地的所可能發(fā)生的地震級別較高時，則才需要考量渡槽結構所受到的地震動力作用。

2.2有關大型渡槽結構地震動力效應計算及其維護策略的思考

通過對結構動態(tài)應力計算模式下的最小余能原理的研究，以及地震動力作用的分析內容可知，大型渡槽結構所受到的橫向地震動力作用較大，且會對渡槽結構的穩(wěn)定性造成一定的沖擊。同時了解到，在地震動力作用下的懸臂梁的動態(tài)應力呈現出極其不穩(wěn)定的波形狀態(tài)。除此之外，在有限元方法中，結構在動荷載作用下的動態(tài)應力計算是一個沒能圓滿解決的問題，這就必然會降低動態(tài)應力的計算精度[5]。因此，對于大型渡槽結構地震動力效應計算方法及其維護策略的探究仍需進一步挖掘。

3.結束語

通過以渡槽結構擬動力研究模型的搭建，能夠對渡槽結構系統(tǒng)的整體動力特性及其在地震作用下的動力特性有所了解。從總體情況來看，在地震動力作用下的懸梁的動態(tài)應力有所波動，相比在沒有作用力的情況，有地震動力作用的動態(tài)應力更為明顯。當了解了這一研究結果以后，有助于在實施同種類型的渡槽結構建設進度的有序推進，從而避免了靜、動態(tài)載荷發(fā)生變化時，對實際的工程施工過程帶來影響，能夠保證土層建筑或懸臂梁結構等實體框架工程建設的質量。

【參考文獻】

[1]徐建國，周浩，王博，等.考慮流固耦合的渡槽結構三維碰撞反應研究[J].世界地震工程，2013，01（01）：68-69.

[2]李正農，周振綱，朱旭鵬.槽墩高度對渡槽結構水平地震響應的影響[J].地震工程與工程振動，2013，03（03）：256-257.

[3]李正農，周振綱，朱旭鵬，等.渡槽擬動力試驗仿真分析[J].振動工程學報，2013，03（03）：389-394.

[4]季日臣，許濤，蘇小鳳，等.考慮水體晃動的多槽式渡槽結構地震反應研究[J].中國安全科學學報，2012，10（10）：98-100.

[5]裴敬垚，孫建生，藺彬彬，等.下承式桁架拱渡槽三維有限元抗震分析[J].人民黃河，2014，04（04）：108-110.