進水塔結構基于性能的抗震設計研究

陳金泉 韓峰

【摘要】進入新時期后，各地都在著眼于建設規模較大的水電工程，而與之有關的工程結構也呈現日益復雜的趨向。對于全過程的水利建設來講，進水塔結構應當構成其中不可或缺的要素。然而實際上，進水塔本身包含了復雜度較高的內部結構，對此如果要致力于優化設計，那么必須保證其符合特定的抗震度。作為設計人員來講，針對進水塔如果要設計最優的抗震結構，則有必要建立于抗震性能的視角下，依照因地制宜的宗旨與思路來提升抗震設計實效性。

【關鍵詞】進水塔結構；性能；抗震設計

從根本上來講，進水塔結構是否具備應有的堅固度，其直接決定整個進水塔當前能夠達到的抗震性。在某些情形下，地震波很可能將會損毀進水塔，以至于干擾到水電站的日常運轉。由此可見，針對進水塔架構有必要著眼于全方位的優化設計，確保將其中的關鍵點落實于抗震設計。通過運用上述的設計改進舉措，應當能從源頭入手來顯著提升水利項目現有的綜合設計效果，同時也有助于保障進水塔應有的穩固性與安全性。

一、進水塔具備的基本結構特征

通常來講，水電站中的進水口應當配備必要的進水塔，進水塔具備的價值在于保障整個水電站能夠達到的泄洪安全性，同時也有助于順利實現水源調配。然而實質上，由于受到地形地質以及其他要素帶來的顯著影響，與之有關的進水塔結構也呈現了顯著差異。在目前看來，針對進水塔結構一般來講可以選擇斜塔與純塔的不同斜塔類型。如果涉及到空腹式的薄壁進水塔，則有必要將鋼混結構作為其中的核心結構。

進水塔一般而言應當建造于水庫岸邊、河岸連接處或者其他特殊位置上。然而遇到特殊情形時，如果當地并不具備平緩岸坡或者優質的山巖結構，那么有必要將其改換為純塔的進水口。與之相比，斜塔進水口具備的優勢在于保持塔身穩定，其中包含外側的閘門槽與喇叭口等特殊部位。具體在連接山巖與啟閉室的過程中，最好能夠省略其中的架橋操作。相比于其他類型進水口，塔式進水口能夠承載更高的外圍壓力，對其可以適用于較厚覆蓋層、較差地質條件或者坡度相對平緩的特殊地形。此外，針對某些樞紐性的水電工程也能靈活適用上述的進水塔方式。

優化進水塔基本構架的前提應當落實于全方位的結構布置，其中不能欠缺針對進水塔性能的考量。在目前看來，對于進水塔通常來講可以選擇獨立型或者一字型的兩種基本形狀。相比來講，一字型的進水塔具備更優的動力穩定性，而獨立型的進水塔可以適用于高聳結構或者較大流量的單洞結構。具體在選擇上述的結構時，設計人員還需緊密結合進水塔本身具備的各項特性予以全面的優化設計。

二、建立于進水塔性能前提下的抗震設計

（一）優化動力響應

建立于動力響應前提下的進水塔設計側重于各項物理量的全面調整，其中應當包含速度、應變、位移、應力以及加速度等。針對進水塔如果要靈活加以優化設計，則應當兼顧全方位的目標約束，據此才能實現動力響應的顯著優化。依照結構動力學的根本原理，對于塔身的本體結構有必要著眼于最小化的塔身應力效應，通過運用此項舉措來顯著減低整個塔身承受的地震波振蕩與沖擊。

（二）布置堅固的抗震結構

結構抗震措施側重于某些薄弱性的進水塔部位，針對其中各種各樣的薄弱部位都要著眼于強化核心性的抗震設計。與此同時，關于整個進水塔也要優化其中的連接位置，通過運用此項舉措來保障結構延性的顯著提升。此外，設計人員還需格外關注其中的不良基礎，在全面增強配筋的同時保障整個結構應有的堅固度。如果現場條件允許，那么可以將橡膠墊塊、減震消能裝置或者消能支座安裝于進水塔中的特殊部位，以此來顯著提升抗震結構能夠達到的綜合效能。

（三）運用多種減震方式

從現狀來看，設計人員針對抗震設計有必要靈活選擇多樣化的減震措施，其中涉及到傳播途徑、抗震結構以及其他減震方式。具體來講，針對整個進水塔可以設置必要的隔離結構，運用此項舉措來顯著縮減整個塔身承受的地震波強度。除此以外，進水塔涉及到的減震措施還應當包含被動性的結構減震方式，其中的關鍵舉措在于增設附加性的子結構，在此前提下實現全方位的沖擊減震或者耗能減震。

三、結語

針對進水塔設計有必要全面關注其中的抗震性能，這是由于抗震性能與整個進水塔能夠達到的結構特性之間具備內在聯系。具體在涉及到抗震性的全面優化時，設計人員有必要密切關注各項設計要素，在緊密結合當地真實狀況的前提下才能改進并且優化進水塔結構。因此在該領域的未來實踐中，設計人員仍需秉持因地制宜的宗旨來優化進水塔具備的各項基本性能，確保將抗震設計建立于進水塔性能以及進水塔結構的基礎上。

參考文獻

[1]張漢云，張燎軍，李琳湘.地震動設計反應譜特性對進水塔增量動力分析結果的影響研究[J].水利水電技術，2017，48（09）：84～88.

[2]韓俊嶺，吳建興.進水塔攔污柵框架抗震優化設計及有限元數值模擬[J].山西建筑，2014，40（29）：49～50.

[3]陳震，徐遠杰，楚錫華.強震區高進水塔抗震動力分析及體型優化設計[J].武漢大學學報（工學版），2012，43（02）：218～221，226.

[4]樂成軍，任旭華，邵勇.水電站進水塔結構抗震設計研究[J].水力發電，2012，35（05）：86～89.

作者簡介：陳金泉（1997.01—），男，貴州人，研究方向：水利水電工程。