基于ANSYS的预应力闸墩结构布置研究

采用大型有限元结构分析软件ANSYS对某泄洪闸预应力闸墩9种工况进行计算,了解闸室段的应力、应变分布规律,模拟预应力闸墩的预应力效果.对闸墩锚索的布置形式进行分析,评价各部位混凝土应力状态是否满足设计控制要求,并验证闸室段结构形式的合理性.证明了泄洪闸正常运用时,闸墩施加预应力可有效消除弧门推力在闸墩及锚块上产生的拉应力.但当泄洪闸、厂房永久结构缝设置一道止水时,闸墩支铰区及锚块局部仍存在大于C40混凝土抗拉标准强度的拉应力,左墩锚块部位的最大拉应力为3 172.9 kPa,闸墩支铰区最大拉应力为3 262.2 kPa;设置两道止水时,闸墩尤其是左墩内侧闸墩与底板交接线上部区域存在较大的拉应力,不能满足闸墩混凝土抗裂设计要求,为闸室分缝、结构配筋提供了依据.     

基于弹塑性损伤模型的预应力闸墩非线性有限元分析

常规的弹塑性模型由于没有考虑到损伤对结构强度的影响,常常得到高于结构实际承载力的应力分布,难以模拟破坏时由于内部损伤的累积导致的变形增加和承载力降低.将规范应力应变曲线进行简化,推导出弹塑性损伤模型曲线,采用简支纯弯梁验证了该简化模型的正确性,然后将该模型应用于深溪沟水电站预应力闸墩非线性有限元分析.计算结果表明考虑结构弹塑性损伤较线弹性分析能更好反应结构真实受力特性,计算结果对预应力钢筋的布置和闸墩的设计具有指导意义.     

锚块预留槽预应力闸墩结构的二维有限元计算

锚块预留槽预应力闸墩是一种新型水工结构,由于其可以提高预应力锚索的预压效果,而被广泛运用于国内外的水电工程中。为便于分析预留槽对闸墩应力状态的影响,探讨了采用二维模型进行有限元计算的可行性,并利用单元生死功能计算和分析了不同预留槽位置对闸墩的应力分布状况的影响。计算结果表明,利用二维模型进行预应力闸墩结构的有限元计算能有效提高工程设计的效率,将预留槽设置在锚块中部及靠近颈部的区域更有利于提高预应力锚索的预压效果。     

拱形空腔预应力锚块优化

针对预应力闸墩锚块矩形空腔表面应力过大问题,结合拱结构受力性能,提出了拱形空腔预应力锚块结构形式,运用ABAQUS软件针对5种不同起拱高度模型进行了计算,得到了闸墩颈部、锚块空腔表面竖向及横河向应力.对闸墩颈部、锚块空腔表面应力进行了对比分析.结果表明,与矩形空腔锚块相比,当采用拱形空腔锚块时可以有效降低闸墩颈部及空腔表面应力,当起拱高度为1/10~1/7跨度时,效果尤为明显;对拉锚比进行了优化研究,结果表明,当拱形空腔采用拉锚比为1.7时,与矩形空腔采用拉锚比为1.815时应力结果相当,说明采用拱形空腔预应力锚块结构形式可以降低预应力锚索用量,从而取得明显的经济效益.     

小湾拱坝放空底孔预应力闸墩三维有限元分析

采用三维有限元方法,应用ANSYS程序对小湾拱坝放空底孔预应力闸墩进行了空间应力与变形计算,并详细探讨了预应力的模拟方法,对3种不同方法的优缺点进行了对比评价.根据计算结果,对比分析了多个设计工况下闸墩结构的变形、应力分布规律,评价了预应力锚索的预压效果.在此基础上,取闸墩结构特征点的第一主应力作为优化变量,对预应力锚索设计吨位和布置方案进行了敏感性分析,得出了预应力锚索布置的优化方案.全部研究成果为小湾拱坝施工设计详图所采用.     

预应力闸墩锚块空腔位置的优化

对预应力闸墩锚块空腔位置进行了优化分析,计算了6种不同顺河向空腔位置方案,得到了闸墩颈部、锚块空腔表面竖向及横河向应力.锚块设置空腔后,类似于两个深梁结构,上游侧在弧门推力作用下,随着深梁厚度的增加,空腔上游侧表面拉应力降低,而下游侧在主锚索张拉力作用下,随着深梁厚度的减少,空腔下游侧表面拉应力增大.对闸墩颈部、锚块空腔表面应力进行对比分析,结果表明,当空腔位于锚块中部或稍微偏前位置时,结果较为合理.     

泄洪闸闸墩施工期温度场与温度应力分析

利用ANSYS的APDL语言对其进行二次开发,编写了适用于分析闸墩瞬态温度场的命令流。并对某泄洪闸闸墩施工期温度场进行了计算,计算结果与实测结果具有较好的吻合性;结合自编FORTRAN程序,在已有的温度场计算成果的基础上,采用分时段变弹性模量及变应力松弛系数的有限元累计应力计算方法,实现了基于ANSYS软件平台并考虑混凝土收缩变形影响的施工期弹性徐变温度应力场的计算,并分析了闸墩混凝土早期裂缝的分布规律及其形成的原因。     

预应力闸墩体内锚束锚固区受力性能研究

通过有限元、模型试验及弹性理论的分析，并结合多种锚固区受力特点的比较，得到了预应力闸墩体内锚束锚固区的应力分布及开裂部位．在此基础上给出闸墩体内锚固区的配筋计算方法     

闸墩复杂结构的有限元分析

陆浑水库泄洪闸闸墩体型、受力情况及边界条件都较复杂。文章根据闸墩结构特点 ,利用空间块体单元对闸墩进行有限元离散 ,计算了该闸墩在荷载作用下的强度与变形 ,给出了几个典型截面的应力等值线图和变形图 ,得出一些重要的结论。     

预应力闸墩体内锚束锚固区受力性能研究

通过有限元、模型试验及弹性理论的分析，并结合多种锚固区受力特点的比较，得到了预应力闸墩体内锚束锚固区的应力分布及开裂部位，在此基础上给出闸墩体内锚固区的配筋计算方法。     

大跨预应力混凝土箱梁锚固区局部应力研究

针对杭州湾跨海大桥70 m预应力混凝土箱梁大吨位钢索张拉时的结构安全性,用三维有限元方法建立了考虑锚具、螺旋钢筋以及孔道影响的精细分析计算模型,研究了锚固区混凝土的主应力分布状况以及传递机理,根据实测和理论分析结果对比,验证了理论分析锚固区应力的合理性和精度.研究结果表明,锚杯末端圆环形肋板与锚垫板共同参与预压力的传递,并在锚下形成两个局部承压区和横向崩裂区;最大主拉应力和主压应力均发生在锚垫板下侧局部区域;特殊锚具的锚下局部应力可以根据单锚受力条件进行验算,不需要考虑群锚的共同作用;张拉过程中锚具本身的应力远低于材料的屈服应力;锚垫板下侧的拉裂破坏是可能导致采用特殊锚具的大吨位预应力结构在钢索张拉过程中损伤的主要破损类型.     

三峡电站钢衬预应力混凝土联合受力压力管道设计方案选择

以三峡电站坝后背管钢衬钢筋混凝土联合受力结构为基础 ,在保证压力管道承载力要求、提高结构耐久寿命的前提下 ,提出了钢衬预应力混凝土联合受力压力管道的设计方案 .考虑结构荷载工况和施工工艺 ,对后张有粘结真空辅助压浆方案和后张无粘结方案的预应力筋束锚固方式、扶壁夹角和钢衬厚度等进行了论证 .通过对不同钢衬厚度、不同外包混凝土尺寸压力管道有限元计算的对比分析 ,提出了三峡电站钢衬预应力混凝土联合受力压力管道的优化设计方案     

TENDAHO大坝溢洪道钢梁预应力锚杆断裂事故处理

针对TENDAHO大坝溢洪道在施工过程中出现共8根钢梁预应力锚杆断裂事故,根据工程特性及施工形象面貌,结合混凝土结构设计规范,建立了推荐牛腿方案和钢梁方案的ANSYS有限元分析模型,对闸墩结构应力和抗滑稳定性进行计算.根据分析结果,并考虑到预应力锚杆存在的安全不确定性及重新布设预应力锚杆较困难等因素,设计推荐采用钢筋混凝土牛腿方案进行事故处理.     

预应力钢筋混凝土轻轨桥梁的有限元分析

建立了武汉轻轨桥梁的三维有限元模型,对普通钢筋采用一种分层的等效方法,对预应力钢筋采用修正的等效载荷法.将结构要素都纳入到有限元模型中,计算了几种典型工况作用下轻轨桥梁的应力和变形,并对计算结果进行了详细的分析和对比.验证了该桥梁的安全性,提出了对于该桥梁设计及三维有限元方法应用于轻轨桥梁设计的一些建议.     

无粘结预应力技术在圆形筒仓中的应用

采用无粘结预应力技术建造大型或特大型圆形筒仓,能解决普通混凝土结构钢筋用量较多的问题,而且较容易实现筒仓结构的承载力和抗裂要求,具有很好的经济效果。环形锚具的运用,可以不设置扶壁柱,节约锚具数量及锚下垫板。以工程实例介绍无粘结预应力混凝土圆形筒仓的设计思路。     

大型T构桥桥墩抗震动力计算

某高墩大跨T构桥 ,上部结构为预应力混凝土箱形梁 ,桥墩采用钢筋混凝土变截面空心墩 .根据T构桥的结构特点 ,利用空间梁单元进行有限元离散 ,计算了该桥的动特性 ,采用时程分析进行了抗震动力计算得出一些可作为设计依据的有益结论 .     

3万吨贮煤筒仓无粘结预应力施工技术

常规火电厂储煤设施一般设计为大型通过式煤场,钢网架干煤棚结构,其施工工艺比较成熟,缺点是占地面积比较大,环保效果较差.近来,大直径预应力圆形贮煤仓设计因其占地面积小和良好的环保效果,在新建的常规火电厂储煤设施中得到越来越多的应用.江苏利港电厂2×600 MW超临界机组工程的10座直径40 m的贮煤筒仓,为亚洲目前最大规模的预应力混凝土筒仓群,单个筒仓设计贮煤量为3万t.在斗壁、外筒及环形锥结构设计中采用无粘结预应力筋加强技术,预应力筋采用1860级φs15.2钢绞线,QM15锚固体系,预应力筋用量达160多t,结构复杂,施工难度大.采用后张法预应力施工技术,预应力混凝土结构钢筋通过严格的材料控制、断料、定位、铺设、张拉等一系列措施保证工程质量.