东深供水工程矩形渡槽优化设计及受力分析

结合东深供水改造工程，采用混合离散变量优化方法，对钢筋混凝土矩形渡槽结构进行了优化设计，确定了满足基本设计条件的矩形渡槽方案，利用三维有限元技术，并考虑桩土相互作用规律。全面分析了矩形渡槽结构在动，静荷载作用下的整体受力性能，分析结果表明，矩形渡槽槽身在板件相交处应采取渐变过渡，以减小应力集中；在渡槽线路拐弯的地方，应加大纵向约束，以提高渡槽结构的抗震能力，三维有限元技术和基于解析法的优化设计方法相结合。能有效解决渡槽这一空间结构的设计计算和受力性能分析问题。     

大型预应力梁式渡槽应力变形监测与仿真分析

沙河渡槽是南水北调中线建设的关键性工程,采用预制吊装的U形梁式渡槽结构形式,体型巨大、受力情况复杂,其施工和运行的安全性对南水北调中线建设具有重要影响。通过渡槽监测方案设计,监测渡槽跨中截面底部纵向钢筋应力及渡槽应变值,考虑渡槽在1 a监测期内温度变化的影响。采用有限元法建立渡槽在施工期和运营期的有限元计算模型,将有限元计算结果与施工期渡槽纵向钢筋应力和渡槽应变的监测结果进行对比分析,验证有限元模型的正确性。利用有限元计算模型分析了渡槽在运营期应力和位移分布规律,给出了渡槽应力和位移的变化云图,研究了渡槽关键截面内表面的应力变化曲线。结果表明,运营期渡槽在纵向和环向预应力作用下内表面基本为压应力,满足抗裂设计要求;渡槽竖向变形很小,满足刚度设计要求;有限元仿真分析结果验证了渡槽结构设计和施工方案的合理性。     

沙河预应力矩形渡槽运营期有限元仿真分析

采用通用的有限元计算软件，对沙河预应力矩形渡槽进行了三维有限元分析。考虑了渡槽在运营过程中的8种组合工况，得出了渡槽结构中应力和位移的分布规律。为预应力矩形渡槽运营期的设计提供了一定的理沧依据。     

陶岔至鲁山段大型输水矩形渡槽跨度研究

南水北调中线工程陶岔至鲁山段总干渠渡槽建筑物体量大,安全可靠性要求高,为此,对渡槽结构型式和跨度进行过长期研究。简要介绍了渡槽跨度对防洪、工程费用的相互影响关系,不同跨径结构应力计算分析成果,以及两种跨径对施工方案及工程费用的比选结果。综合各种计算分析情况,推荐总干渠渡槽采取矩形简支架梁式渡槽,渡槽跨度以40 m为最优方案。     

索河涵洞式渡槽槽身方案比选

针对南水北调中线工程交叉渠系建筑物索河渡槽,充分考虑渡槽跨度大、流量大、结构复杂等特点,对比各种形式后提出矩形截面渡槽作为研究重点,并针对矩形截面,对比了双槽分缝外槽壁不加肋与双槽不分缝单隔墙两种槽身布置方案,采用大型通用计算程序ANSYS平台,开展两种方案槽身结构的三维空间有限元计算分析研究,结果表明双槽不分缝单隔墙方案具有工程量省、整体性好、整体应力变形水平较双槽分缝外槽壁不加肋方案小、拉应力满足设计要求的优点,但也具有底板端部不均匀沉降大的缺点。综合各结果,双槽不分缝单隔墙可作为南水北调中线工程索河渡槽的设计方案。     

U形渡槽流固耦合有限元建模与响应谱分析

渡槽结构的振动特性分析是进行结构抗震设计与安全评价的重要内容之一。结合景泰川电力提灌二期工程的特点,考虑实际工程输水过程中水体与槽体间的耦合作用,采用ANSYS软件中融合的流固耦合模块建立了渡槽三维有限元模型,并对3种不同水位工况进行模态计算,得出相应的固有频率和主振型特征,再将正常水位工况下的计算结果与用HHT方法辨识的结果进行对比,误差范围为0.2%~4.4%,能够满足实际工程要求,说明有限元模型的适用性较强,同时对其主振型特征进行分析总结并提出合理的建议,最后利用反应谱理论对渡槽结构进行动力响应计算,得出不同工况下渡槽结构的位移、应力响应最值及变化规律,为渡槽结构的抗震设计、后续研究和该工程的加固改造提供理论依据。     

U形和矩形渡槽温度应力对比分析

目前国内对渡槽结构的温度应力分析较少,大部分温度分析借鉴于箱形梁桥的温度应力分析方法,但二者有较大的不同.结合U形和矩形渡槽的实际模型,采用三维有限元方法仿真分析了渡槽运行期温度场和应力场.结果表明:U形渡槽和矩形渡槽温度应力大体相当,U形渡槽最大应力产生在横截面方向,矩形渡槽最大应力产生在竖直向,冬季工况比夏季工况危险,应防止渡槽开裂.     

渡槽动力特性的有限元分析

渡槽是输送渠道水流跨越河渠、道路、山谷、谷口等的架空输水建筑物,在国内外发展历史悠久,是中国南水北调工程中的重要立体交叉工程。渡槽结构的动力特性分析是渡槽结构地震响应分析和抗震设计的基础。文章研究了矩形渡槽在无水情况下的自振频率、振型(干模态);在对干模态分析的基础上,考虑水体与结构的相互作用对渡槽动力特性的影响,采用附加质量原理来处理水体和渡槽槽壁的相互作用,建立水体-槽体的系统有限元模型,得出矩形渡槽在不同水深时的自振频率和主振型。结果表明:水体对渡槽的动力特性影响比较明显,自振频率随着水深的增大而减小,即质量越大,频率越低;水体对渡槽结构的主振型的形态没有影响,干、湿模态的振型相似。     

湍河渡槽结构形式比选

针对南水北调中线一期工程交叉渠系建筑物之一的湍河渡槽,充分考虑渡槽跨度大、流量大、结构复杂等特点,对比各种形式后提出双槽矩形断面形式作为研究重点,并针对双槽矩形断面,对比了4种方案,从5个方面来计算分析研究,结果表明“U”型槽方案具有满足槽下净空、工程量省,且槽体结构具有加大跨度潜力等设计优点,但也具有需要调整槽跨才能满足壅水高度标准的缺点。综合各结果,“U”型渡槽可作为南水北调中线工程湍河渡槽的设计方案。     

拱式渡槽结构受力性能三维有限元分析

拱式渡槽具有主拱圈主要承受轴向压力的特点而适于混凝土材料的承压性能,加之其造型美观而成为南水北调中线工程干渠左岸排水渡槽的可选结构形式。采用三维有限元方法,结合南水北调中线工程河北段干渠左岸排水渡槽结构设计,研究分析了各种荷载工况下渡槽主拱、矩形槽身纵墙和纵向大梁及底板等控制截面的应力分布规律,为工程设计提供了计算依据。     

大型矩形渡槽全程动态跟踪分析

采用大型有限元软件ANSYS,以双洎河矩形渡槽为研究对象,对其整体结构在施工期与运营期的应力、位移情况进行了分析,得出了槽身混凝土材料在不同受力阶段的力学行为变化规律,为今后类似渡槽的设计和施工提供了理论依据。     

渡槽槽体结构风载体形系数的风洞试验研究

本文对于渡槽槽体结构模型进行了风洞实验研究，对于矩形渡槽槽体在均匀流场和具有18%湍流度的湍流场中各取三种不同的高宽比进行了风洞试验，测量了在槽内有水和无水两种情况下槽体各个部位的风压系数，从而计算得出了渡槽结构风载体型系数。从实验的初步的结果来看，渡槽结构风载体型系数同近年来我国编制的桥梁抗风设计指南中类似结构物的风载体型系数比较接近，但是同以往在渡槽抗风设计时所使用的参数有一定的差别。本文中得出的渡槽槽体结构的风压分布和风载体型系数，为渡槽结构的抗风设计提供了参考依据。     

折板式薄壳渡槽简介

分析了目前在输水工程中较为广泛地采用的钢筋混凝土U型薄壳渡槽的主要优点及缺点．指出U型薄壳渡槽在施工中圆弧型的钢筋、模板制作不便、工作量大，及圆弧段的混凝土不便浇筑和插捣等．提出了一种新型的折板式钢筋混凝土薄壳渡槽结构，它保留了U型薄壳渡槽的基本优点，避免了其主要缺点．介绍了折板式薄壳渡槽的设计计算方法．并通过U型、折板型和矩型等三种断面型式的渡槽在相似工况下的横向应力分析的算例，表明折板式薄壳渡槽结构的合理性、此外，还介绍了封闭式折板断面作为桥、渡结合的箱型结构的合理性及可行性。     

大型多槽式矩形渡槽结构静力分析

根据大型多槽式矩型渡槽槽身结构及其受力特点,采用结构力学法使复杂的空间结构分离成相互联系的两个平面问题:横向计算时,横梁底部弹性支承在各纵梁上,根据力法位移协调理论,给出了双槽式和三槽式渡槽横向结构弹性支承反力的计算公式,并依此求得结构的横向受力与弹性支承反力;以弹性反力作为荷载,反向作用于纵梁上,从而进行纵向梁的受力分析。通过三维实体有限元软件(MIDAS)对某大型三槽式渡槽单跨槽身整体进行了建模分析,并将结构力学法和有限元法计算所得结果进行了比较分析,验证了方法的合理性和公式的准确性。利用其进行渡槽结构计算,能满足工程设计的精度要求。     

带横杆多纵梁式矩形渡槽结构内力分析

结合交口灌区总干渠跨相排干沟渡槽设计实例,考虑槽身横向和纵向结构变形协调,横向结构底部弹性支承在各纵梁上,应用实用空间法对带横杆多纵梁式矩形渡槽槽身结构进行内力计算,分析了横杆及主梁刚度对结构内力影响。结果表明:增加横杆使横梁跨中弯矩减少,但使侧肋弯矩增大,横杆使横向结构内力分布更加均匀,常常被称作拉杆的横杆,实际上受到压应力作用;随着纵梁刚度增大,渡槽竖向变形减小,横向结构所受弯矩减小,纵梁的荷载分布不均匀现象减小。所得结论可为同类渡槽结构设计提供参考。     

矩形渡槽运行期人工模拟环境抗裂性能试验研究

针对已建渡槽运行期普遍出现的间接荷载作用下的裂缝问题,在人工气候模拟环境下开展单厢钢筋混凝土矩形渡槽模型试验研究,通过测量瞬态温度变化时空槽、通水两工况下的混凝土温度、应变的变化,分析矩形渡槽模型温度、应变规律及开裂风险区域。结果表明：空槽工况下渡槽的内外表面混凝土为开裂风险区域,通水时外表面及水位上方的内表面混凝土为开裂风险区域;降温前裸露部位应采取保温措施。     

改进的遗传算法在渡槽结构优化设计中的应用

传统的遗传算法存在寻优效率较低、精度不高等缺点。为了解决这些问题,对传统遗传算法进行了改进——采用Fortran语言编制结构优化程序,并将改进后的遗传算法应用于大型预应力矩形渡槽优化设计中。通过对比原设计方案与优化方案的结构安全性及经济性,验证了优化设计方案具有显著的经济效益。结果表明,改进后的遗传算法提高了计算性能和优化效果。     

基于特征参量控制的渡槽预应力张拉顺序研究

为了得到合理预应力张拉顺序,提出利用特征参量指导预应力张拉的新途径。分别对矩形带肋和无肋渡槽及 U 形渡槽动力特性进行分析。结果表明：对于 U 形渡槽,竖向预应力和环向预应力明显降低结构整体刚度,但预应力效应并不改变振型出现的先后顺序;通过对矩形无肋渡槽6种预应力张拉顺序进行分析,得到合理的预应力张拉顺序为：先张拉40％纵向预应力,再张拉竖向预应力,然后张拉剩余的60％纵向预应力,最后张拉横向预应力。矩形无肋渡槽的这种张拉顺序不仅避免了竖向预应力对结构整体刚度的过大影响,而且能抵消结构早期由于自重产生的不利挠度。研究的渡槽预应力张拉顺序对构件力学性能改变的影响可降低到最小。