文档介绍：水利学报
2003 年 12 月 SHUILI XUEBAO 第 12 期
文章编号:0559-9350 (2003) 12-0098-06
大型渡槽铅销橡胶支座减震机理的数值模拟
刘云贺 1,2,陈厚群 2
(,陕西西安 710048; ,北京 100044)
摘要:采用数值模拟方法探讨了大型渡槽采用铅销橡胶支座(Lead Rubber Bearing,简称 LRB)的减震效果及减震机
理。应用流体固体动力耦合模型合理地处理了渡槽内水体与槽壁的动力相互作用,并考虑了 LRB 的双线性特性对整
个渡槽系统的影响,编制了相应的分析计算程序。数值分析结果说明:(1)各种条件下 LRB 都有不同程度的减震效果,
未产生负面效应,采用 LRB 对渡槽进行减震是可行的;(2)不同型号的 LRB 减震装置都有很好的减震效果,但各响应
量会有较大差异,针对不同的渡槽存在减震支座优选的问题;(3)LRB 减震支座对较大地震激励比小震更有效,但设
置 LRB 支座以后,槽体的大位移对槽体的止水等联接部位将有较高的要求,这是采用减震支座时应特别注意的问题。
关键词:大型渡槽;流体固体动力耦合;双线性;LRB 减震;数值模拟。
中图分类号:TV312 文献标识码:A
渡槽的地震安全性问题一直是水工结构抗震领域关注的焦点,由于该类结构的特殊性,无论是理论研
究,还是设计经验都严重缺乏,新颁布的《水工建筑物抗震设计规范》[1]未涉及渡槽的抗震设计方法,使
目前渡槽的抗震设计无所遵循。随着南水北调工程的启动,在地震多发区修建大型、特大型渡槽已不可避
免,大型渡槽在地震作用下的安全性问题更加突出,成为水工结构抗震领域亟待解决的重要课题。桥梁和
渡槽在结构型式上具有相似性,桥梁的抗震研究已经比较成熟,尤其是桥梁减震、控震研究[2],对渡槽具
有借鉴价值。但是,大型渡槽与桥梁相比,存在有大质量的水体及薄壁槽身,在地震激励下,动力特性远
较桥梁复杂,适合大型渡槽的减震、控震方法有待进一深入。铅销橡胶支座(LRB)具有构造简单、减震效
果明显的优点,已在国内外众多桥梁上应用[3]。作者将其应用到渡槽中,与合作者[4]将渡槽内水体的影
响采用简单的弹簧质量模型进行过相关的讨论,尚缺乏更符合实际的、更深入的研究。本文以梁式渡槽结
构为例,将渡槽内水体的影响采用更精确的流固动力耦合模型来处理,选用铅销橡胶支座(LRB)这类非线
性控震元件置于渡槽槽体与墩台之间来考察其可行性及有效性。
1 LRB 恢复力计算模型
铅销橡胶支座 LRB 是在普通橡胶支座(Rubber Bearing,简称 RB)
中压入铅销而成,大量拟静力实验[3,5]表明,由于铅销的作用,LRB
的滞回曲线呈现如图 1 所示的双线性滞回特性。图中 Qy、K1、K2 分
别为支座的屈服剪力、一相刚度和二相刚度。
2 非线性地震反应方程图 1 LRB 恢复力模型
由文献[6]的研究可知含有水体、结构及非线性减震元件的渡槽减震系统的地震动力反应有限元控
收稿日期:2003-02-15
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50209014)
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