[发明专利]水闸闸室结构抗震安全分析方法

说明书

本发明公开了一种水闸闸室结构抗震安全分析方法，根据水闸闸室结构特点，建立了水闸闸室结构三维有限元模型，基于ADINA有限元分析软件，对水闸闸室结构进行了静动力分析，并针对有限元计算结果出现的较大拉应力区域，采用结构力学计算方法进行了复核。本发明针对目前有限元数值模拟技术在水闸结构抗震安全复核中存在的问题，提出了一种有限元数值模拟和结构力学计算相结合的分析方法，该方法能有效地弥补单纯采用有限元数值模拟所带来的不足，可为同类水闸抗震安全复核提供相应的依据和参考。

技术领域

本发明涉及抗震安全分析，具体涉及一种水闸闸室结构抗震安全分析方法。

背景技术

水闸是调节水位、控制流量的低水头水工建筑物，具有挡水和泄水(引水)的双重功能，在防洪、治涝、灌溉、供水、航运、发电等方面应用十分广泛。

抗震安全复核是水闸安全鉴定的重要组成部分，水闸工程量大面广，如果遭受地震破坏，将会造成严重的经济损失。因此，有必要对水闸抗震安全复核进行研究。

近年来，随着计算机技术的快速发展，有限元数值模拟技术在水闸抗震分析中得到广泛应用，但针对有限元数值模拟计算结果，没有对拉应力超过混凝土动态抗拉强度区域进行抗震安全评价，分析存在不准确和不全面的问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种水闸闸室结构抗震安全分析方法，解决目前水闸闸室结构抗震安全分析不准确以及不全面的问题。

技术方案：本发明所述的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不同区域的位移和应力和步骤(4)得到的地震作用下闸室结构不同区域的位移和应力进行叠加，得到静动力共同作用下闸室结构不同区域的位移和应力；

(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；

(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。

其中，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，具体等效的原则如下：

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。