地震作用下渡槽伸縮縫的碰撞效應(yīng)及控制研究

1、 地震作用下渡槽伸縮縫的碰撞效應(yīng)及控制研究 摘 要：渡槽結(jié)構(gòu)伸縮縫兩端在地震中可能發(fā)生碰撞現(xiàn)象，危害渡槽的安全運營，甚至導(dǎo)致落梁破壞，針對這一問題，文章通過建立考慮碰撞效應(yīng)的渡槽動力分析模型，研究了碰撞效應(yīng)對渡槽地震反應(yīng)的影響，并提出了對渡槽減震半主動控制方法，研究結(jié)果表明，本項研究算法提供的半主動控制力較好的追蹤了主動最優(yōu)控制力，半主動控制系統(tǒng)較好的減少了碰撞次數(shù)，減輕了碰撞效應(yīng)的危害，提高了渡槽的抗震安全性。Key：渡槽；地震響應(yīng)；碰撞；半主動控制引言在水利工程建設(shè)項目中，對渡槽結(jié)構(gòu)的應(yīng)用較多，這種結(jié)構(gòu)的屬性和特點，決定了其適合在很多水利工程項目中應(yīng)用。不過這種渡槽結(jié)構(gòu)交叉建筑物，容易受到

2、不穩(wěn)定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，例如小級別地震、地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化等。以我國貴州黔中水利樞紐工程為例，線路中有多處高墩大跨渡槽，一旦在地震中發(fā)生破壞，全線輸水將要中斷，甚至危及周邊地區(qū)，因此渡槽結(jié)構(gòu)地震安全性問題應(yīng)得到足夠的重視1。在國內(nèi)外的強烈地震中，因伸縮縫間碰撞導(dǎo)致的破壞屢有發(fā)生，如在美國Northridge（1994）地震中的內(nèi)環(huán)5#和14#的公路連接部分，就是由于地震導(dǎo)致了多座橋梁同時出現(xiàn)了非常嚴重的伸縮縫問題，從而使得橋梁建筑遭到很大程度的破壞2。在日本地區(qū)，由于地震頻發(fā)，阪神在1995年的地震中，受到地震毀壞的西宮港大橋也是出現(xiàn)了較大的伸縮縫隙，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橋梁連接構(gòu)造處的碰撞是橋梁結(jié)構(gòu)的局部

3、損壞和落梁發(fā)生的主要原因3。渡槽與橋梁在結(jié)構(gòu)形式上較為相似性，區(qū)別在于渡槽上部荷載更大，在地震作用下，發(fā)生端部碰撞的可能性也是存在的，因此，有必要對地震作用下的渡槽結(jié)構(gòu)碰撞效應(yīng)進行研究。本項研究在此背景下對縱向地震作用下的渡槽結(jié)構(gòu)的碰撞現(xiàn)象展開研究，并利用磁流變阻尼器（MR）4對其進行半主動控制，結(jié)果表明，加入磁流變阻尼器對于渡槽的碰撞危害有明顯的減輕，對于結(jié)構(gòu)的整體地震響應(yīng)有較好的控制效果，對于渡槽結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計有一定的參考價值。1 渡槽結(jié)構(gòu)動力分析模型1.1 渡槽動力分析模型在結(jié)構(gòu)劃分上，渡槽的槽身是一種薄壁梁結(jié)構(gòu)5，在本文研究過程中，按照其沿縱的剖析結(jié)構(gòu)，在如下圖中可以看出，其單元節(jié)點設(shè)

4、在渡槽橫向拉桿、豎向加勁肋和支座上，如圖1所示。薄壁截面的扭轉(zhuǎn)中心為圖中s點，圖中c點為形心位置，并且將該位置設(shè)為坐標的原點。渡槽槽身的振動位移形式包括：橫截面沿圖1中x軸方向的橫向彎曲位移u、沿圖1中y軸方向的豎向彎曲位移v、沿圖1中z軸的縱向位移w、繞圖1中扭轉(zhuǎn)中心c的扭轉(zhuǎn)角。薄壁梁單元設(shè)有2個節(jié)點，節(jié)點含有七個位移，分別記為ui，ui，vi，vi，wi，i，i，在單元內(nèi)部，任意節(jié)點的位移與第i個節(jié)點的位移關(guān)系如下：4 結(jié)束語通過上述的研究論證，我們可以得出如下幾個方面的結(jié)論：第一，設(shè)計的磁流變阻尼器在渡槽結(jié)構(gòu)中，具有很好的抗震防震作用，能夠有效抑制伸縮縫，對于橋梁的保護作用非常有利；第二

5、，在研究過程中測試的半主動控制算法，能夠更好的追蹤最優(yōu)控制力，是一種比較優(yōu)秀的算法工具，在計算方面，也相對簡單；第三，渡槽結(jié)構(gòu)的橋梁建筑物在遇到地震作用時，其產(chǎn)生的較大碰撞力如果不能得到有效控制，會給橋梁造成很大程度的毀壞。而通過磁流變阻尼器，運用合理的控制措施，能夠抑制并減少碰撞發(fā)生的頻率，對于橋梁可以起到較好的保護作用。Reference1趙曉飛.考慮流固禍合的南水北調(diào)渡槽減振措施研究D.大連：大連理工大學(xué)，2004.2Earthquake Engineering Research Institute（EERI）.Northridge earthquake reconnaissance r

6、eport，Vo1.1R.1995，95-03，EERI，Oakland， Calif， Rep.No.95-03，1995.3Earthquake Engineering Research Institute （EERI）. The Hyogo-Ken Nanbu earthquake reconnaissance reportR.1995，95-04，EERI， Oakland， Calif， Rep.No.95-04，1995.4楊孟剛.磁流變阻尼器在大跨度橋梁上的減震理論研究D.長沙：中南大學(xué)，2004.5Wang， B. and Li， Q， B. A beam segment el

7、ement for dynamic analysis of large aqueductsJ. Finite elements in analysis and design.2003（39）：1249-1258.6Robert Jamkowski， Kezyst of Wilde， Yozo Fujino. Pounding of Superstructure Segments in Isolated Elevated Bridge during Earthquakes J. Earthquake Engineering and Structural Dynamics， 1998（27）：487-502.7Robert Jamkowski， Kezyst of Wilde， Yozo Fujino. Pounding of Superstructure Segments in