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水 利 学 报

2021 年 7 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 7 期

文章编号：0559-9350（2021）07-0873-11

基于“设计标准”的大型渡槽动力计算与隔减震研究

张多新 ，李嘉豪 ，王清云 ，王志强 ，崔越越 1
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（1. 华北水利水电大学 土木与交通学院，河南 郑州 450011；2. 水利部水利水电规划设计总院，北京 100120）
摘要：以“设计标准”为圭臬，分析了大型渡槽动力学分析的几个关键技术的实现途径，并以某高烈度区待建 8 跨
大型渡槽为研究对象，把高阻尼橡胶支座应用到渡槽结构的隔减震体系中，考虑了槽内水体与渡槽的动力相互作
用，建立了大型渡槽槽体-水体-支座-槽墩-基础等结构体系的动力有限元模型。同时，采用可调节阻尼等效双
线性恢复力模型对高阻尼支座进行模拟，并采用傅氏逆变换拟合了符合场地特性的人工地震波并验证了其合理
性，改进了 Wilson-θ法并对渡槽体系进行了动力学求解，给出了大型渡槽的位移、变形、支座滞回性能及槽间横
向错动位移等动力响应，分析了高阻尼支座的隔减震效果，并结合大型渡槽结构体系的动力特性和反应谱特征，
分析高阻尼支座的隔减震机理。同时，考虑到 1 级大型渡槽的重要性，推荐渡槽结构在承载能力极限状态计算及
正常使用极限状态校核时，按分项系数的原则，叠加渡槽结构全时域全场域的最值动力响应，以期促进待建和已
建渡槽工程的实施与安全运营。
关键词：设计标准；大型渡槽；动力计算；隔震减震；横向相对错动
中图分类号：TV672 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20200851

1 研究背景

［1］
近 10 年内，大型渡槽的研究工作卓尔不凡 ，标志性的成果是渡槽抗震计算与设计的相关条文
被 列 入《水 电 工 程 水 工 建 筑 物 抗 震 设 计 规 范》（NB35047-2015）和《水 工 建 筑 物 抗 震 设 计 标 准》
（GB51247-2018）（以下简称“设计标准”），结束了我国渡槽抗震设计无规范可依的历史。其中，在
［2］
“设计标准”中规定 ：“对于 1 级渡槽，应建立考虑相邻结构和边界条件影响的三维空间模型，采用
动力法进行抗震计算。”这就要求合理的处理槽体与水体的动力相互作用、科学的建立计算模型、合
［2］
理的选用和输入地震波，以及建立动力响应计算方法。同时，“设计标准”中还规定 ：“对于设计烈
度为Ⅶ度及Ⅶ度以上的渡槽，宜在槽体与槽墩间设置满足承载力要求的铅芯橡胶支座、球型抗震阻
尼支座或抗震型盆式支座等减、隔震装置。”这就要求在渡槽结构抗震计算时，要对减隔震装置进行
科学合理的建模，以揭示其减隔震机理及效果。
已有的研究中，限于软硬件条件，大部分成果采用了单跨或典型跨段的模型来计算大型渡槽的
［3］
动力学特性和响应 ，这类计算模型虽处理了相邻结构的影响，但处理的方法集中在对相邻跨段的质
量处理，没有考虑到动力学因素的影响。同时，在槽体与水体的动力相互作用的考虑中，多采用附加质
［8］
［7］
［4］
量模型 、弹簧-质量模型 ［5-6］ 、ALE 模型 、位移-压力模型 、流体固体接触界面的无限点对模式 ［9］
等来简化水体与槽体的动力相互作用，这与地震作用下，槽体与水体真实的动力相互作用相差甚远 ［10］ 。
在地震波的选用与激励方式上，已有研究集中在横向激励上，一般是在渡槽横向施加地震加速度进
行渡槽的动力学分析，这与“设计标准”的规定相距甚远。
在大型渡槽采用隔震减震装置方面，张俊发等 ［11］ 将普通叠层橡胶支座（RB：Laminated Rubber

收稿日期：2020-10-16；网络首发时间：2021-05-27
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网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210526.1537.001.html
基金项目：河南省科技攻关计划项目（202102310258）
作者简介：张多新（1978-），博士，副教授，主要从事水工建筑物防灾减灾研究。E-mail：41459183@qq.com
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