Page 120 - 2021年第52卷第7期

Bearing）视为线性弹簧单元，将叠层橡胶聚四氟乙稀滑板支座（TRB：Teflon Laminated Rubber Bearing）
视为弹簧-摩擦单元，开展了渡槽的地震响应分析。王博等 ［12］ 采用 Wen 微分型滞回恢复力模型与双线
性滞回恢复力模型，建立了铅芯橡胶支座（LRB：Lead Laminated Rubber Bearing）隔震层的力学性能关
系式，从渡槽槽体和墩体的位移与加速度反应结果，证明了 LRB 显著的隔震效果。张艳红等 ［13］ 采用
双线性滞回模型模拟有阻尼隔震支座，给出 8 度地震作用下，渡槽顺、横槽向等效阻尼比以及隔震支
座最大顺、横槽向位移。刘云贺等 ［14］ 通过非线性分析，探讨了 LRB 的非线性特性，深化了对 LRB 本
质的认识。徐建国等 ［15］ 分别利用双线性模型和 Wen 模型来模拟 LRB 的非线性滞回恢复力特性，证明
两种计算模型均可以较好地反映 LRB 的本构关系。杨世浩等 ［16］ 采用双线性模型模拟了球形减震支座
（SDB：Spherical Damping Bearing），结果表明 SDB 具有明显的耗能效果。季日臣等 ［17］ 采用双线性滞回
模型模拟了摩擦摆式支座（FPB：Friction Pendulum Bearing），证明 FPB 应用于大型梁式渡槽，其减隔
震 性 能 明 显 优 于 RB。 黄 亮 等 ［18］ 采 用 spencer 模 型 模 拟 了 磁 流 变 阻 尼 器（MRD： Magneto Rheological
Damper）的力学性能，表明 MRD 可有效地抑制渡槽结构在地震激励下的响应，为半主动控制应用于
渡槽结构的抗震设计提供了依据。郑明燕等 ［19］ 采用智能隔震结构（隔震支座和磁流变智能阻尼器构
成），实现了减小地震响应和槽身侧移的目的。上述研究表明，各类隔减震装置已逐步应用于大型渡
槽的抗震中，为更为清晰的理解各类装置的隔减震机理和效果，更有必要以“设计标准”为圭臬，开
展大型渡槽动力学计算与隔减震研究。
本研究正在这样的背景下，以某高烈度区待建 8 跨大型渡槽为研究对象，把高阻尼橡胶支座应用
到渡槽结构的隔减震体系中，考虑了槽内水体与渡槽的动力相互作用，建立了大型渡槽槽体-水体-
支座-槽墩-基础等结构体系的动力有限元模型。同时，采用可调节阻尼的等效双线性恢复力模型对
高阻尼支座进行模拟，利用傅氏逆变换拟合了符合场地特性的 3 套人工地震波并验证了其合理性，改
进了 Wilson-θ法并对渡槽体系进行了动力学求解，给出了大型渡槽的动力学响应分析和高阻尼支座
的隔减震效果分析，并结合大型渡槽结构体系的动力特性和反应谱特征，分析高阻尼支座的隔减震
机理，以期促进待建和已建渡槽工程的实践。

2 模型构建

2.1 槽内水体与槽体的动力相互作用模型 大型渡槽的动力学问题实属流固耦合（FSI：Fluid Solid
Interaction）系统的动力学问题，解析这一问题的核心在于正确认识水体与槽体的相互作用。由于渡槽
的最大水深 H 和槽体半宽度 l 的比值 H l 一般在 1～2 之间，若忽略水体压缩性，在地震作用下，
槽内水体与槽体的动力相互作用可以通过附加质量考虑，但附加质量只能表达由地震加速度引起的
［4］
与其方向相同的动水压力，这也正是 Westguarrd 模型 和 Housner 模型 ［5-6］ 的缺陷。大型渡槽 FSI 系统
正确的物理机制是：水平向地震动加速度引起的槽内动水压力，不仅是渡槽侧壁迎水面上水平向附
加质量与水平向地震加速度乘积所表示的水平向动水压力，而且还会引起槽底迎水面的竖向动水压
力；同样，竖向地震动加速度引起的槽内动水压力，不仅是槽底迎水面上的竖向附加质量与竖向地
震动加速度的乘积所表达的竖向动水压力，而且还会引起槽壁迎水面上的水平向动水压力。故在考
虑槽内水体的动水压力时，必须同时考虑地震加速度方向的动水压力分量和垂直于地震加速度方向
的动水压力分量。这种复杂的槽内水体与槽体的 FSI 动力相互作用，导致大型渡槽抗震计算十分复
杂。基于工程实用的观点，“设计标准”中提出了渡槽槽体内动水压力的计算模型，详见“设计标准”。
大型渡槽抗震计算，应同时考虑水平向和竖向地震动分量作用，计算模型应包括支墩、槽体在
内的整个渡槽结构变形体系与槽内水体的 FSI 作用。槽内水体的动水压力应同时考虑受渡槽结构激励
处水体惯性引起的冲击动水压力和水体自身晃动导致的对流动水压力。水体可作为不可压缩流体，
其冲击动水压力以固定于槽体迎水面上、沿地震动分量作用方向的附加质量体现，但同时要考虑与
地震动分量方向正交的槽体迎水面上的动水压力。
2.2 高阻尼橡胶支座恢复力计算模型 大型渡槽中设置的减、隔震装置，主要有 RB、LRB、FPB、

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