渡槽是跨越铁路、公路、河流、山谷等重要设施的输水建筑,除了输水外还可排洪水、导流等之用,是调水、供水和灌区工程中最常用的一种交叉建筑物,一般是渠系中的控制性建筑物。 在我国,山丘区面积分布很广,而且水量分布极不均匀,需要进行跨地区、跨流域的水资源调度,以满足需水量要求。而对于水资源调度来说,必须修建大量的配套工程,其中渡槽常是必不可少的建筑物,例如南水北调中线工程总干渠上,规划中需修建大型渡槽49座,可见渡槽在水利工程建设中有很重要的地位。 我国目前尚未颁布渡槽的设计规范,在《水工建筑物抗震设计规范》中也无渡槽抗震设计的具体规定。而对于渡槽的抗风设计,也只能参照建筑结构荷载规范而行。渡槽的抗震特别是抗风问题目前还未得到充分的重视。 本文总结了国内外有关渡槽结构与水的流固耦合作用、渡槽地震响应、风荷载致渡槽破坏机理、基于可靠度的渡槽抗灾优化设计以及渡槽抗灾减灾设计措施等方面的大量文献,并参考目前已经相对比较成熟的桥梁抗震和抗风的研究成果,对渡槽的抗震与抗风问题进行研究。主要内容有: 1.根据渡槽上部槽内的巨大水体的特点,研究渡槽结构与水的流固耦合作用,对槽中水体在外界激励作用的动力特性分别采用线性的Housner水体模型和非线性ALE型有限元模型进行模拟。试验观测表明,渡槽中水体在外界激励作用下其运动呈现出明显的非线性特征,证明ALE有限元模型与实际情况较为吻合,可以作为渡槽在外激励作用下动力分析的基础模型。 2.本文采用渡槽结构分析的梁段有限元模型,利用ANSYS程序,对南水北调中线双泊河渡槽进行初步分析研究。分3种工况(槽内无水、槽内半水和槽内满水),在考虑流固耦合作用的情况下,运用动态分析法对该渡槽在地震作用下的动态特性进行分析,并在EL-Centro地震波激励下进行该渡槽在3种工况下的地震动力时程分析。 3.研究当风向与输水方向垂直时,渡槽在顺风向风力作用下的静风荷载和风振作用,对已有渡槽风洞试验的结果进行分析,得出比较符合实际的渡槽风载体型系