滇中引水工程是国务院确定的172项重大水利工程中的标志性工程,是从根本上解决滇中地区的缺水问题、有效改善滇中水环境状况、保障云南省可持续发展的战略性基础工程。渡槽(过水桥梁)作为滇中引水工程中重要输水建筑物,其研究设计工作大多是参考一般公路或者铁路桥梁中相关的设计规范,而此类规范中鲜有涉及流固耦合的设计方法和相关原则,所以对渡槽进行考虑流固耦合的静动力响应研究至关重要。本文以滇中引水工程中的鲁支河拱式渡槽为例,主要做了以下研究分析:(1)研究槽内水流在正常流动情况下时,流速对渡槽结构的影响。计算结果表明:现行设计规定中的1.0m/s-2.5m/s槽内水流设计流速,对渡槽横槽向和竖向的流固耦合响应影响很有限,对于结构分析而言,是可以忽略的。(2)采用大型有限元软件,建立考虑单向流固耦合的静力分析模型,分槽内无水、槽内半水位和槽内设计水位三种工况对渡槽进行静力计算,通过对比不同工况下渡槽主要部位的竖向挠度和应力结果,不仅对结构的安全性能进行评价,同时对渡槽的新建和加固设计提供一定的计算依据。(3)研究拱式渡槽自振特性的特点及规律。采用流固耦合(FSI)系统中的位移—压力(7)_iu,p(8)格式有限元法来模拟水体对槽壁的作用,水体用三维声学单元(Fluid 30)进行模拟,分工况进行模态计算。计算结果表明:槽内水体的存在降低了渡槽的自振频率,对主振型影响不大;渡槽的横槽向刚度较低,在设计时需要注意。(4)采用有限元软件,建立渡槽的有限元动力模型,分槽内无水和槽内有水两种工况。首先对渡槽进行模态计算,将不同软件的计算结果进行对比;其次,对渡槽进行反应谱计算,研究渡槽主拱圈内力和位移响应与地震输入方向之间的关系;最后,采用时程分析法,在不同地震波的输入下对渡槽进行地震响应计算,并与反应谱分析结果进行对比。计算结果表明:竖向地震作用对拱圈轴力影响较大;拱圈内力响应最大值发生在拱脚位置,拱脚处应是抗震设计的重点;拱圈横向刚度较弱,横向位移明显。今后对于拱式渡槽的地震响应计算,不能忽视竖向地震作用和水体的影响,需要综合比较反应谱分析和时程分析的计算结果,以保证结果的全面性和准确性。