渡槽结构隔震与耗能减振控制机理的研究

　　引　言

　　渡槽是南水北调中线工程总干渠上应用较多的一种交叉建筑物,对其进行隔震耗能减振措施研究是本工程的重要课题。在水利部水利技术开发基金重点项目的资助下,作者从1998年起,对渡槽结构的隔震耗能减振技术进行了比较系统深入的研究[1],主要内容包括:渡槽结构隔震与耗能减振控制机理的研究、渡槽结构试验模型的研制、多组三向隔震耗能混合减振支座的研制、渡槽结构模型的隔震耗能混合减振控制试验研究与成果分析、有限元计算与分析、振动台试验结果与其有限元计算结果的比较研究。试验研究与理论分析表明:将由隔震器与阻尼器组成的隔震耗能混合减振支座应用于渡槽结构,可以有效地减小渡槽结构的地震响应,所研制的隔震耗能混合减振支座,在实际结构工程中施工简单可行。本文主要介绍渡槽结构隔震与耗能减振控制机理的研究内容。

　　虽然隔震与耗能减振技术在建筑结构和桥梁结构工程中已有应用,但应用于渡槽结构还处于起步阶段。为了探索渡槽结构隔震与耗能减振技术的机理,本文结合设计中的南泉水河渡槽结构,将三向隔震耗能混合减支座应用于渡槽结构,并将该控制结构与没有控制支座的常规结构进行了地震反应的比较分析。在计算分析中将渡槽槽墩结构简化为顶部具有集中质量的单柱结构,槽体作为刚体处理,槽内水体简化为Housner模型。为了充分地探索渡槽结构隔震耗能减振控制的机理,我们分别从横槽向、顺槽向和竖向三个方向进行了分析研究,其中,横槽向的研究模型最为复杂。考虑到篇幅有限,下面仅介绍横槽向的研究过程,但文中给出的研究结论,同样适合于其它两个方向。

　　1　计算模型的参数

　　根据设计中的南泉水河大型渡槽结构的有关资料,取渡槽跨长为24.5m,渡槽槽身剖面及槽墩的正、侧立面图如图1所示。槽身和槽墩的密度为2500kg/m³、弹性模量为3×10¹⁰N/m²,槽中水深3.5m。

　　2　简化模型

　　在进行渡槽结构地震反应的初步分析时,可以将槽体简化为一个刚体、槽墩简化为带附加质量的单柱形式作近似计算。水体的作用根据Housner槽内水体模型理论进行简化。根据以下简化原则,渡槽常规结构的简化模型图如图2所示。将隔震与耗能减振支座安放在槽墩顶部,形成渡槽的隔震耗能混合控制结构,其简化模型如图3所示。

　　图中各参量意义如下:

　　1)为槽墩基础的横槽向加速度。

　　2) md、kd和cd分别为Housner槽内水体模型中振荡水的质量、刚度与阻尼系数,根据Housner的理论计算得出md=501318kg、kd=7230902N/m,取水的阻尼比为0.005,计算得出cd=19039N/(ms^-1)。