地基对水闸抗震性能的影响研究

张新中　曾玉　唐克东　梁一星

摘要：考虑地基和不同边界条件，选用时程分析方法，应用有限元软件ANSYS对某水闸结构进行动力分析，结果表明：地基不仅对水闸闸室结构动位移有放大作用，而且还延迟了闸室结构的地震动位移，但对水闸的机架桥和启闭机房影响很小。另外地基不仅放大了水闸结构的动应力响应，而且还延后了水闸结构地震动应力的出现，其对水闸闸室结构的放大作用最大，机架桥次之，启闭机房最小。

关键词：水闸；地基；固定边界；黏弹性边界；时程分析法；抗震性能

水闸结构抗震计算方法有拟静力法、反应谱法和时程分析法。水闸抗震设计、复核一般采用拟静力法，其将水闸结构视为完全刚性的，地震时结构物随地基一起运动，不发生变形，仅考虑结构物的质量，通过结构物的质量与地震加速度的乘積得到地震荷载，直接以静力的形式作用在结构的重心位置。这种方法没有考虑到结构自身的动力特性，且不能够反映地面的运动特征。

另外，陈健云等研究了动力分析中无限地基的两种近似方法，即无质量地基和黏性边界地基模型；刘晶波等提出了一种适合于黏弹性边界的方法，将输入的地震荷载转化为作用于人工边界上的等效荷载，从而将波动输入问题转化为波源问题；杜修力等将刘晶波等提出的方法应用到拱坝结构上，提出将一种新的黏弹性人工边界结合显式有限元的时域波动求解方法，即地震动输入通过底边界入射位移时程和侧边界自由场时程对应的解析应力作为边界荷载实现：何建涛等用黏弹性边界模拟无限地基辐射阻尼效应，弹簧一阻尼器一端需要与人工边界节点相连，另一端需要固定，当黏弹性边界把计算区域内散射波完全吸收时，计算模型就处在地震自由场运动，这样地震的输入问题就转化为人工边界节点上自由场运动的问题，自由场运动可以用人工边界上节点的等效作用来处理；V，Saouma等提出一种边界形式，地震波在远场作为一个剪切激振梁，在接触处通过阻尼和刚度矩阵作用在节点上。

本文采用无限地基的两种近似方法，即无质量地基和黏性边界地基模型，对水闸进行抗震分析。

1工程背景

某水闸为3孔钢筋混凝土箱式涵闸。该闸按Ⅰ级建筑物设计，闸孔净宽2.6 m，高2.8 m，闸室段长10.0m，底板厚1.55 m，边墩厚0.75 m，中墩厚1.05 m。闸墩顶设有防沙闸门机架桥和工作闸门机架桥，工作闸门机架桥上设有启闭机房，启闭机房为砖混结构，但没有构造柱。水闸设计地震烈度为7度。