鳳儀場船閘地震反應譜分析

文/夏明星　吉林省航道管理局　吉林吉林　132003

鳳儀場船閘地震反應譜分析

文/夏明星吉林省航道管理局吉林吉林132003

目前普遍采用的抗震設計方法為反應譜法。它成功的反映了地震動頻譜的重要特性，同時也反映了不同自振周期的結構對地震作用的最大反映（加速度、速度和位移），較為簡單而合理的反映了地震作用于結構反應之間的關系。相對于底部剪力法，反應譜法更加精確，能夠考慮結構的前幾階振型，相比時程分析法而言計算也比較簡單。

鳳儀場船閘；地震反應譜分析

本文以四川省嘉陵江鳳儀場船閘作為具體的工程背景，建立結構的三維實體有限元模型，采用地震反應譜法計算船閘閘室的地震荷載作用下的受力和變形情況，探討船閘閘室的抗震性能。

1、結構模態(tài)分析及結果

閘室前40階振型的周期和自振頻率見表1所示。

表1　閘室前 40 階自振周期和頻率

2、鳳儀場船閘動力特性結果分析

由表1可知，鳳儀場船閘結構的一、二階振型，三、四階振型，五、六階振型，七、八階振型的頻率相差不大，但是頻率在這四段之間則呈跳躍性增長。

由鳳儀場船閘結構的振型圖可知：船閘的前兩階振型均為船閘橫截面上的橫向擺動，第一階振型為同向擺動，第二階振型則為反向擺動。而第三、第四階振型則為扭轉振型，隨后的振型基本上為更高階次的橫向擺動和扭轉振型，且擺動和扭轉振型基本上呈現(xiàn)交替出現(xiàn)的特性。

鳳儀場船閘閘室結構前200階振型的自振頻率和周期隨振型階數(shù)的變化趨勢見圖1和圖2所示。

圖1　自振頻率變化趨勢

圖2　自振周期變化趨勢

由圖1和圖2可知，自振頻率隨診振型階數(shù)的增加而增大，且增長的趨勢趨于平緩，前50階振型的自振頻率增長較為迅速。自振周期隨著振型階數(shù)的增大而減小，前25階振型的自振周期隨著振型階數(shù)的增多急劇減小，25階振型以后的自振周期變化甚小。

在地震反應譜分析時，為保證計算精度，要求結構各個方向上的累積振型參與質量均不小于90%，鳳儀場船閘結構的前200階振型累積振型參與質量x方向為91.54%，y方向為92.42%，z方向為93.87%。因此，取前200階振型對結構進行地震反應譜分析能夠滿足計算精度。

3、小結

對船閘閘室的動力特性進行分析，在此基礎上對結構進行地震反應譜分析，主要得出以下結論：

（1）鳳儀場船閘結構的一、二階振型，三、四階振型，五、六階振型，七、八階振型的頻率相差不大，但是頻率在這四段之間則呈跳躍性增長。船閘的前兩階振型均為船閘橫截面上的橫向擺動，第一階振型為同向擺動，第二階振型則為反向擺動。而第三、第四階振型則為扭轉振型，隨后的振型基本上為更高階次的橫向擺動和扭轉振型，且擺動和扭轉振型基本上呈現(xiàn)交替出現(xiàn)的特性。

（2）地震發(fā)生時鳳儀場船閘結構容易產(chǎn)生最大位移和最大應力的方向為Y向，這與船閘閘室的振型息息相關，船閘閘室的一階和二階主振型均為橫向（即Y向）振動，使得Y向振動更容易被激發(fā)。

（3）地震輸入為X+Y向時，結構的最大位移和最大應力較Y向輸入時小，說明X向地震輸入使得結構的地震反應減小；地震輸入為X+Y+Z時，結構的最大位移和應力較X+Y時小，說明Z向地震輸入同樣使得結構的地震反應減小，因此地震的最不利輸入方向為Y向，在進行抗震設計和驗算時，地震輸入方向應采用Y向輸入。

（4）地震輸入方向為X向時，結構的最大拉應力為1.65MPa，地震輸入方向為Y向時，結構的最大拉應力為1.26MPa，均小于C25混凝土的抗拉強度標準值1.78MPa，因此在地震發(fā)生時，結構基本處于彈性工作狀態(tài)，結構的抗震性能滿足要求。

夏明星（1982.3-），男，江蘇鹽城人，本科，工程師，主要研究方向：港口航道管理。