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渡槽是跨流域调水中不可或缺的水工建筑物。它解决了渠道与运河等方案无法完成正常输送任务的难题。在南水北调工程中,渡槽结构性能的好坏会对正常跨流域输水起着决定性的影响,其中多数地段采用的大型渡槽结构具有槽内水量大、流体重量与结构重量相当或甚至超过结构重量等特点,当遭遇地震作用时,其中任何构件发生破坏都会对正常输水带来致命性的影响。因此,需要在不同震级地震作用下对渡槽开展抗震性能分析以提前预测结构抵御地震破坏的能力,并根据抗震能力分析的结果对不满足地震破坏要求的渡槽进行加固与改造。
本文首先建立了考虑流固耦合的渡槽有限元分析模型,然后采用Push-over分析方法,对渡槽在外荷载作用下的反应进行分析,所研究的主要内容包括以下几点:
(1)在考虑水体与槽身相互作用的流固耦合问题的基础上,建立了渡槽整体结构分析模型,该模型充分考虑了渡槽支撑结构的非线性变形、考虑渡槽槽墩非线性对结构性能分析的影响等。
(2)对Push-over分析方法进行了深入研究,阐明了该方法的基本原理与基本假定,并对具体分析时的实施步骤进行了探讨。
(3)把考虑P-△效应与不考虑P-△效应作为两种工况进行分析处理,得出了P-△效应是影响结构性能重要因素的结论。
(4)研究了渡槽结构在施加侧向荷载时的分布模式,并对比分析了采用不同侧向荷载分布模式所产生的侧向位移值的差异。
(5)对结构分别采用了Push-over分析与动力时程分析两种方法进行计算,还对两种方法的结果对比分析,进一步验证了Push-over分析的准确性。
(6)开展了基于损伤的渡槽抗震能力评估方法的研究,对算例在不同地震级别下进行抗震性能验算。