[发明专利]一种考虑闸门水封力学特性效应的闸门地震响应分析方法

说明书

本发明涉及一种考虑闸门水封力学特性效应的闸门地震响应分析方法，包括：步骤S1.确定水封压缩模量随压缩量的关系和摩擦系数；步骤S2.确定水封的结构体型；步骤S3.确定水封的预压量；步骤S4.确定水封预压量与水封接触面宽度之间的关系；步骤S5.构建闸门与坝身或闸墩之间连接的弹簧模型；步骤S6.确定施加在水封单位长度上的作用力；步骤S7.确定作用在水封上的总作用力；步骤S8.建立闸门三维几何和有限元模型；步骤S9.建立闸门结构力学方程；步骤S10.输入相应的地震波动数据，计算闸门结构的地震响应。本发明考虑闸门水封力学特性效应的闸门地震响应分析方法，能有效解决现有方法忽略闸门附属水封结构影响以及闸门与坝体间的连接与地震力传递的问题。

技术领域

本发明涉及闸门地震响应分析技术领域，具体涉及一种考虑闸门水封力学特性效应的闸门地震响应分析方法。

背景技术

水工钢闸门是水工建筑物中常见的一类挡水建筑物，也是工程中重要的控制性建筑物，主要用于水利枢纽的泄洪、引水、排沙控制以及电站事故控制等方面。在水工钢闸门的设计中，主要采用静力设计，考虑工程的重要性，在静力设计的基础上考虑1.2倍的动力安全系数；地震高发区及地震烈度高于7°，闸门需进行抗震设计。在闸门抗震设计中采用的方法一般采用拟静力法，对于重要工程也采用动力时程法进行抗震分析。动力时程法进行闸门抗震分析时，一般由人工合成地面震动加速度作为地震动输入的基础数据，对于坝身闸门而言，闸门地震输入数据由坝体地震响应分析得到。对于低水头的水利工程，由于挡水建筑物高度小，由地面传递的地震波动引起的挡水建筑物顶部加速度鞭梢效应较小，地震效应往往不是闸门设计的决定工况；高、超高水头(坝高可达到300m)的混凝土坝，坝体不同高程引起地震动加速度的放大效应，尤其是坝顶部位，地震动加速度可以达到地面加速度的10倍甚至20～30倍，最大加速度值可达到3g，这种情况下，坝身闸门的设计往往由地震工况决定。

目前闸门抗震计算中，往往将地震加速度直接施加在门体结构，不考虑闸门附属结构(水封等)以及坝体与闸门间地震动的传播方式与规律，对于高坝坝身闸门往往不满足抗震设计的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑闸门水封力学特性效应的闸门地震响应分析方法，能有效解决现有闸门地震响应分析中忽略闸门附属水封结构影响以及闸门抗震分析中闸门与坝体间的连接与地震力传递的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种考虑闸门水封力学特性效应的闸门地震响应分析方法，包括以下步骤：

步骤S1.根据闸门水封的基本力学特性资料，确定水封压缩模量随压缩量的关系E_s＝f₁(ΔL/L)和摩擦系数μ；

步骤S2.确定水封的结构体型；

步骤S3.确定水封的预压量ΔL；

步骤S4.确定水封预压量ΔL与水封接触面宽度ΔB之间的关系，ΔB＝f₂(ΔL)；

步骤S5.构建闸门与坝身或闸墩之间连接的弹簧模型；

步骤S6.根据步骤S4和步骤S5确定施加在水封单位长度上的作用力；

步骤S7.确定作用在水封上的总作用力；

步骤S8.根据闸门设计时顶、侧水封所在的位置，建立闸门三维几何和有限元模型，将闸门在水封中心位置分区使闸门进行网格划分时在水封位置形成连接节点，建立切向弹簧模型和法向弹簧模型；

步骤S9.构建闸门与水封弹簧模型组合的综合有限元模型，建立闸门结构力学方程：