张金堂

(新疆维吾尔自治区乌鲁瓦提水利枢纽工程建设管理局，新疆 和田 848000)

农业灌区水资源调度离不开水闸等水利设施，这类水利设施的安全稳定运营依赖于其结构的安全稳定性，其中重要方面即是静力、动力稳定性，要解决水闸这类水工结构静力、动力稳定性问题，首先需要了解水闸静动力状态[1-3]。有一些学者通过对水闸1∶1原型复制，在室内进行模型试验，研究水闸等水利工程破坏的临界状态，为工程设计提供基础试验依据[4-6]。针对动力荷载影响问题，有些学者基于振动台试验，研究工程结构破坏响应特征[7-9]。室内模型试验方法精度较高，可信度亦较高，但不得不正视其需耗费大量精力与成本，另一方面振动台试验有时仅能局限于工程某一部分结构，无法全覆盖整体结构部位，而有限元软件作为高效率计算手段，建立仿真模型，计算极为复杂工况下的结构安全稳定性[10-11]，为准确评估工程结构安全稳定性提供重要参考。

1 有限元静动力理论

1.1 静力计算

有限元模型中工程结构已划分出较多网格单元体，各个网格单元之间的运动特征参数服从以下关系式如式(1)所示：

(1)

以八面体网格单元为例，其位移特征参数变化如式(2)所示：

(2)

在上述基础上，获得位移与应变之间矩阵矢量式，如式(3)所示：

(3)

其中系数矩阵[B]表达式如式(4)所示：

(4)

根据位移参数之间的转换关系，则获得应力应变之间矩阵表达式如式(5)所示：

{σ}=[D]{ε}

(5)

式中:[D]指与固体结构属性有关的参数……