[发明专利]水闸闸室结构抗震安全分析方法

权利要求书

1.一种水闸闸室结构抗震安全分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据水闸闸室的结构尺寸，建立三维水闸闸室结构有限元模型；

(2)基于ADINA有限元分析软件，输入预设的材料参数、边界条件和不同荷载，对水闸闸室结构进行有限元静力计算，得到各个荷载联合作用下闸室结构不同区域的位移和应力；

(3)采用势流体单元模拟闸前水体动水压力作用，对水闸结构进行自振特性分析，得到水闸结构的各阶自振频率和振型；

(4)基于ADINA有限元分析软件，选择地震动参数，对水闸闸室结构进行振型分解反应谱法动力计算，得到地震作用下闸室结构不同区域的位移和应力；

(5)将所述步骤(2)得到的静力作用下闸室结构各节点处三个方向位移分量以及六个应力分量计算结果和步骤(4)得到的地震作用下闸室结构各节点处三个方向位移分量以及六个应力分量计算结果进行叠加，得到静动力共同作用下闸室结构各节点处三个方向位移分量以及六个应力分量计算结果；

(6)根据步骤(5)得到的静动力共同作用下闸室结构不同区域第一主应力数值，第一主应力数值超过混凝土动态抗拉强度的区域为较大拉应力区域，针对较大拉应力区域，采用结构力学计算方法进行复核，其中，采用结构力学计算方法复核的过程为：地震作用下，闸墩为偏心受压构件，闸墩正截面上任一点处正应力的计算公式为：

式中，M为正截面上的弯矩；I_z为正截面对中性轴z的惯性矩；y为所求应力的点到中性轴z的距离，对于矩形截面受弯构件而言，其正截面上的弯矩M应满足下列条件：

f_cbx＝f_yA_s-f’_yA'_S

x≥2a'_s

式中，K为承载力安全系数，f_c为混凝土轴心抗压强度设计值，A_s为纵向受拉钢筋的截面面积，A'_S为纵向受压钢筋的截面面积，f_y为钢筋抗拉强度设计值，f’_y为钢筋抗压强度设计值，h₀为截面有效高度，b为矩形截面宽度，x为受压区计算高度，a'_s为受压钢筋合力点至受压区边缘的距离；

(7)将步骤(5)得到的应力结果与结构力学计算得到的应力结果进行对比，根据对比结果评价水闸闸室结构抗震安全。

2.根据权利要求1所述的水闸闸室结构抗震安全分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中进行有限元静力计算的具体过程为：首先，将步骤(1)建立的三维水闸闸室结构有限元模型导入到ADINA有限元分析软件中；其次，在ADINA有限元分析软件里输入预设的材料参数、边界条件和不同荷载；然后，基于ADINA有限元分析软件，对水闸闸室结构进行静力计算；其中，材料参数主要包括不同区域混凝土密度、弹性模量和泊松比等，边界条件是闸底板底部施加三项约束，荷载主要包括自重荷载、水荷载、泥沙荷载、扬压力、土压力、浪压力、风荷载、公路桥荷载、启闭机荷载，混凝土的弹性模量采用等效的弹性模量，具体等效的公式如下：

式中，E_d为钢筋混凝土材料等效的弹性模量；E_c为素混凝土弹性模量；E_s为钢筋弹性模量；A_s为钢筋截面面积；A为混凝土截面面积。

3.根据权利要求1所述的水闸闸室结构抗震安全分析方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对水闸结构进行自振特性分析的具体过程为：采用势流体单元模拟闸前水体动水压力作用，其控制方程如下：

式中，P代表动水压力，同时，在水体和结构之间设置流固耦合边界，以此来模拟水体和结构之间的能量传递，具体如下：

式中，n为流固耦合面上流体域的外法线方向；为流固耦合面上沿法向的绝对加速度。