鳳儀場船閘地震反應(yīng)譜分析

【摘要】目前普遍采用的抗震設(shè)計(jì)方法為反應(yīng)譜法。它成功的反映了地震動頻譜的重要特性，同時也反映了不同自振周期的結(jié)構(gòu)對地震作用的最大反映（加速度、速度和位移），較為簡單而合理的反映了地震作用于結(jié)構(gòu)反應(yīng)之間的關(guān)系。相對于底部剪力法，反應(yīng)譜法更加精確，能夠考慮結(jié)構(gòu)的前幾階振型，相比時程分析法而言計(jì)算也比較簡單。

【關(guān)鍵詞】鳳儀場船閘；地震反應(yīng)譜分析

本文以四川省嘉陵江鳳儀場船閘作為具體的工程背景，建立結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體有限元模型，采用地震反應(yīng)譜法計(jì)算船閘閘室的地震荷載作用下的受力和變形情況，探討船閘閘室的抗震性能。

1、結(jié)構(gòu)模態(tài)分析及結(jié)果

閘室前40階振型的周期和自振頻率見表1所示。

2、鳳儀場船閘動力特性結(jié)果分析

由表1可知，鳳儀場船閘結(jié)構(gòu)的一、二階振型，三、四階振型，五、六階振型，七、八階振型的頻率相差不大，但是頻率在這四段之間則呈跳躍性增長。

由鳳儀場船閘結(jié)構(gòu)的振型圖可知：船閘的前兩階振型均為船閘橫截面上的橫向擺動，第一階振型為同向擺動，第二階振型則為反向擺動。而第三、第四階振型則為扭轉(zhuǎn)振型，隨后的振型基本上為更高階次的橫向擺動和扭轉(zhuǎn)振型，且擺動和扭轉(zhuǎn)振型基本上呈現(xiàn)交替出現(xiàn)的特性。

鳳儀場船閘閘室結(jié)構(gòu)前200階振型的自振頻率和周期隨振型階數(shù)的變化趨勢見圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可知，自振頻率隨診振型階數(shù)的增加而增大，且增長的趨勢趨于平緩，前50階振型的自振頻率增長較為迅速。自振周期隨著振型階數(shù)的增大而減小，前25階振型的自振周期隨著振型階數(shù)的增多急劇減小，25階振型以后的自振周期變化甚小。

在地震反應(yīng)譜分析時，為保證計(jì)算精度，要求結(jié)構(gòu)各個方向上的累積振型參與質(zhì)量均不小于90%，鳳儀場船閘結(jié)構(gòu)的前200階振型累積振型參與質(zhì)量x方向?yàn)?1.54%，y方向?yàn)?2.42%，z方向?yàn)?3.87%。因此，取前200階振型對結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震反應(yīng)譜分析能夠滿足計(jì)算精度。

3、小結(jié)

對船閘閘室的動力特性進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震反應(yīng)譜分析，主要得出以下結(jié)論：

（1）鳳儀場船閘結(jié)構(gòu)的一、二階振型，三、四階振型，五、六階振型，七、八階振型的頻率相差不大，但是頻率在這四段之間則呈跳躍性增長。船閘的前兩階振型均為船閘橫截面上的橫向擺動，第一階振型為同向擺動，第二階振型則為反向擺動。而第三、第四階振型則為扭轉(zhuǎn)振型，隨后的振型基本上為更高階次的橫向擺動和扭轉(zhuǎn)振型，且擺動和扭轉(zhuǎn)振型基本上呈現(xiàn)交替出現(xiàn)的特性。

（2）地震發(fā)生時鳳儀場船閘結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生最大位移和最大應(yīng)力的方向?yàn)閅向，這與船閘閘室的振型息息相關(guān)，船閘閘室的一階和二階主振型均為橫向（即Y向）振動，使得Y向振動更容易被激發(fā)。

（3）地震輸入為X+Y向時，結(jié)構(gòu)的最大位移和最大應(yīng)力較Y向輸入時小，說明X向地震輸入使得結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)減小；地震輸入為X+Y+Z時，結(jié)構(gòu)的最大位移和應(yīng)力較X+Y時小，說明Z向地震輸入同樣使得結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)減小，因此地震的最不利輸入方向?yàn)閅向，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)和驗(yàn)算時，地震輸入方向應(yīng)采用Y向輸入。

（4）地震輸入方向?yàn)閄向時，結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力為1.65MPa，地震輸入方向?yàn)閅向時，結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力為1.26MPa，均小于C25混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1.78MPa，因此在地震發(fā)生時，結(jié)構(gòu)基本處于彈性工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的抗震性能滿足要求。

作者簡介：

夏明星（1982.3-），男， 江蘇鹽城人，本科，工程師，主要研究方向：港口航道管理。