南水北调工程抗震安全性问题

南水北调工程的东线、中线和西线三条调水路线联系了我国长江、淮河、海河和黄河四大江河,全长超过3000km。各线路所经大部分地区都属峰值加速度在0 1g以上的较强地震区,尤其西线更甚。本文强调指出南水北调工程抗震安全的重要性及其遭受震害的严重后果,讨论了工程抗震面临的关键技术问题,诸如:长距离输水工程的地震动输入参数的选择,工程穿越活动断裂的影响,以及长距离输水隧洞和大型输水渡槽,特别是穿越黄河的工程。此外,还简略介绍了规划阶段的一些初步的抗震研究成果,包括中线工程大型渡槽的结构分析和大型振动台试验研究以及穿黄隧洞方案结构抗震分析等,提出了有待深入研究的问题。     

大型联体式矩形渡槽流固耦合动力特性分析

渡槽是南水北调工程中大量使用的输水建筑物,国内外的研究主要集中在结构选型、优化设计、结构抗震等方面.以Housner理论为基础,用空间实体有限元法建立了考虑流固耦合的大型渡槽动力分析模型,利用此模型编写程序,计算了南水北调洺河渡槽在多种工况下的自振频率和振型.结果表明,在对大型联体式矩形渡槽进行动力计算时,水体与结构的耦合动力作用不容忽略,其重点应加强结构横向及侧墙抗震.     

渡槽抗震计算中几个关键问题的简化处理方法

概括近年来在渡槽抗震研究方面的新进展，提出对渡槽结构抗震性能的初步评估应遵循的原则和渡槽抗震分析应考虑的若干关键问题，全面叙述了渡槽抗震分析中地震动参数的确定原则，大型多跨渡槽的计算范围，盆式支座的简化处理，动水压力的确定，桩土相互作用的简化处理等问题。以长江水利委员会设计院初步设计的南水北调中线穿黄渡槽为例进行抗震计算分析，指出了渡槽地基系统抗震薄弱部位和应采取的工程措施。     

基于ANSYS的大型渡槽地震动力结构性态分析

大型渡槽广泛应用在长距离输水工程,不少渡槽会穿于地震高烈度地区。为了提高渡槽的抗震性能及优化渡槽结构,需要对渡槽不利部位的特征点进行抗震动力计算。文章首先计算了渡槽结构的自振特性,采用了附加质量法模拟动水压力,结合规范要求的反应谱构造了人工波的地震动输入,分析了槽身侧墙和底板动力响应的最值点的变化特性。由工程案例可知：槽身侧墙的中间高度较为容易出现破坏,槽身底板在跨端部位较跨中处更容易出现破坏。该研究方法可为同类大型渡槽的动力分析提供范例指导。     

考虑流固耦合的大型预应力渡槽地震反应分析

借助大型通用有限元软件ANSYS对“渡槽槽身+槽内水体+预应力钢绞线”复杂体系进行有限元模拟研究,并编制相应程序,计算了南水北调中线洺河渡槽在同步激励作用下的地震时程响应,进行地震荷载作用下的强度和刚度校验,从而确定了渡槽的抗震性能,为实际工程提供了有价值的参考。实例计算表明,该模型及方法可为具有流—固耦合特征的大型预应力渡槽结构的抗震设计提供实用有效的方法。     

多厢互联预应力混凝土渡槽设计方法

针对南水北调中线总干渠渡槽流量大、荷载大、槽身过水断面大，普通梁式渡槽难以满足要求的特点，提出了新型矩型截面多厢互联预应力混凝土连续梁式渡槽．这种型式渡槽刚度大、承载能力大、跨越能力大，是一种适用于大流量输水渡槽的经济合理的新型结构。文中介绍了这种渡槽的结构设计方法，包括槽身跨度和横截面尺寸的确定原则；纵向、横向和竖向预应力钢筋及锚固体系的选择；按平面问题和按空间问题分析方法以及槽身结构承载能力极限状态和正常使用极限状态设计要求等内容．分析结果表明，这种渡槽空间受力效应明显，宜采用平面问题与空间问题相结合的分析方法。     

大型渡槽的模态分析与研究

在南水北调工程中,渡槽的最大特点是输水流量巨大、体型庞大。根据大型渡槽的结构特点,应用ANSYS有限元分析软件,对实际工程中某大型渡槽进行振动特性分析,探讨大型渡槽在4种工况（空槽、满槽、中槽过水、边槽过水）下的模态变化范围,为该大型渡槽的抗震设计提供依据。     

渡槽结构非线性隔震研究

采用流固耦合渡槽薄壁结构梁段单元有限元模型,分别利用双线性模型和Wen模型来模拟铅芯橡胶支座的非线性滞回恢复力特性,对某大型渡槽结构进行了空间隔震响应研究。计算结果表明,无论是渡槽设计水位还是渡槽空槽情况,采用铅芯橡胶非线性隔震支座对渡槽输水建筑物均起到较好的减、隔震效果。建议在大型渡槽抗震设计时,可采用铅芯橡胶支座取代普通橡胶支座,以提高渡槽的整体抗震性能。     

非一致激励下长距离输水隧道地震响应分析

近年长隧道结构震害频发，随着调水工程大规模建设，长距离输水隧道抗震性能的重要性愈加突出。在隧道传统抗震分析方法的基础上，针对非一致地震动作用下地基土－长距离输水隧道体系的地震响应问题，建立了非一致激励下长距离输水隧道的大规模地震响应分析方法，并以上海市某重点工程中的长距离输水隧道为工程应用，计算模型中不仅考虑了土体的动力滞回非线性、土体与隧道之间的接触非线性等因素，而且引入“附加质量法”来考虑了地震作用下输水隧道内水体的动水压力作用。通过与一致激励的计算结果对比，表明非一致地震激励会显著增加输水隧道结构的内力和变形响应，从而对隧道抗震产生不利影响。研究结论可为长输水隧道结构的抗震设计和分析提供科学依据。     

考虑流固耦合作用的双槽渡槽地震响应分析

为研究考虑流固耦合的大型双槽渡槽结构动力响应特性,采用空间8节点非协调元,基于流固耦合动力相互作用理论及弹性理论推导计算公式,编制了有限元计算程序。对南水北调中线双洎河渡槽的典型三跨进行了模态分析和地震时程响应计算,结果表明:槽内有水将大大增加渡槽结构质量矩阵中的数值,使结构自振频率明显降低,考虑流固耦合动力作用工况较空槽工况对应的地震响应值(包括位移、速度、加速度等)大,对结构整体抗震不利。     

南水北调工程的抗震安全性研究

南水北调中线工程是解决我国北方长期水资源短缺，实现中部地区经济可持续发展的关键工程。中线工程的输水线路穿越我国地震高烈度区域，线路许多区段的抗震设防烈度达到8度。总干渠上各类建筑物共936座，其抗震安全性非常重要。针对南水北调中线中的最大工程——穿黄工程的隧洞及渡槽方案进行了抗震性能分析并研究探讨了影响结构地震响应的关键因素，以及结构的抗震薄弱部位，并提出了提高结构抗震性能的工程措施。     

大型U形双渡槽结构动力分析

应用三维有限元动力分析方法,建立大型U形双渡槽结构动力分析有限元模型,计算其在不同过水工况下的自振特性,并采用振型分解反应谱法分别按水工建筑物抗震设计的规范谱和穿黄工程场地危险性分析确定的场地谱计算渡槽的地震动力响应。结果表明：槽中水体对渡槽的自振特性影响显著;按场地谱计算的动力响应约是规范谱的3倍;支撑结构是渡槽抗震的薄弱环节。     

大型渡槽结构振动特性分析研究

南水北调中线工程有大型渡槽几十座,其中大部分处于地震烈度较高地区,必须了解其振动特性,以分析渡槽的抗震性能。考虑了大型渡槽流固耦合作用、盆式支座影响以及拉杆作用等因素,利用大型有限元软件ANSYS,根据渡槽结构特点,采用板壳、实体、梁杆、弹簧、质子等单元建立南水北调中线工程某大型渡槽有限元整体模型,分析该渡槽运行期间的4种工况模态变化规律,所得结果为该大型渡槽的抗震设计提供依据。     

南水北调双洎河渡槽隔减震支座设计应用研究

双泊河渡槽槽身单跨长30m,重量2500t,是整个南水北调工程中技术难度最大的输水渡槽,也是世界上单跨重量最大的渡槽。因此,选用适用于大型渡槽结构的减隔震支座,从而有效减轻地震灾害的影响,是保证渡槽结构和运营安全的关键设计。文章通过对双洎河渡槽所采用减隔震支座的设计应用研究,对其他类似大型渡槽抗震减震设计有重要的参考价值。     

南水北调中线新型多厢梁式渡槽结构设计研究

针对南水北调中线渡槽流量大，荷载大的特点，提出了预应力多厢梁式渡槽新型结构及其设计方法，该种型式渡槽刚度大，承载能力大，跨越能力大，是一种经济适用的新型结构。     

南水北调中线漕河渡槽结构内力计算和钢铰线布置

南水北调中线总干渠京石段上的一座大型交叉建筑物——漕河渡槽是第一个采用预应力结构的工程。系统地介绍了渡槽结构特点、荷载内力计算、钢铰线数量计算和预压应力复核,以及钢铰线在中、边墙内的布置,为同类工程提供了具体设计实例。     

南水北调中线新型多厢梁式槽结构设计研究

本文针对南水北调中线渡槽流量大，荷载大的特点，提出了预应力多厢梁式渡槽新型结构及其设计方法，种型式渡槽刚度大，承载能力大，距越能力大，是一种经济适用的新型结构。     

地震作用下大型渡槽结构动态应力计算方法研究

作者首先采用常规有限元法求出渡槽结构需要计算部位周围处的有限元结点位移和加速度，然后利用最小余能法对南水北调水利工程中某大型渡槽槽身结构的动态应力进行了计算。结果表明：采用最小余能法计算悬臂梁结构在地震动作用下的动态应力结果与作者的方法较接近，而常规有限元的计算结果较理论解有较大误差；对单跨渡槽槽身结构，常规有限元法的动态应力计算结果比理论解出现较大的偏差，利用本文方法计算的动应力更符合实际。     

复杂内边界长距离输水明渠的一维非恒定流数学模型

大型跨流域调水工程。通常具有输水线路长、沿程过水建筑物类型和数量多的特点。节制闸、分水口及倒虹吸、渡槽等建筑物与水流的复杂作用，造成了长距离输水明渠非恒定流模拟的困难。建立了复杂内边界长距离输水明渠的一维非恒定流数学模型。模型定义和模化了节制闸、倒虹吸和多孔并联渡槽等3种类型的内边界条件，实现了对输水明渠水力过渡过程中水位、流量大幅度变化的无间断连续模拟。模型应用于南水北调中线一期工程总干渠全线和单个闸门的模拟分析。验证了模型的合理性。结果表明，模型能够模拟多内边界复杂输水渠道的水力响应过程，可作为南水北调中线一期工程等跨流域大型明渠输水工程的模拟工具。     

南水北调中线工程泲河渡槽三维有限元分析

南水北调大型渡槽流量大、跨度大等特点,对渡槽的设计提出了更高的要求。结合南水北调泲河渡槽的工程实例,运用三维有限单元法对该渡槽的受力性能进行模拟,同时重点考虑预应力和温度荷载的影响,研究了渡槽槽身各部位控制断面的应力、变形分布规律。计算结果表明:槽身截面设计和预应力筋布置方案合理,应力和位移均在允许范围内,满足抗裂和挠度要求。