杨家坝渡槽结构应力与变形三维有限元分析

针对杨家坝渡槽跨度较大导致的安全问题,采用初始应变法施加预应力,考虑了渡槽在运行过程中的11种工况,对渡槽结构应力与变形进行了三维有限元分析,得出了渡槽结构应力和位移的分布规律.结果表明,渡槽槽身位移和挠度较小,满足现行规范要求；槽身一般均处于压应力状态,且最大压应力小于混凝土容许值；在温降与夏季日照工况下槽身的最大拉应力明显超过混凝土容许值,建议在槽身两边各增加一束预应力钢绞线.     

锚索间距对环锚预应力衬砌结构强度的影响与选择

以南水北调中线穿黄隧洞环锚预应力混凝土衬砌结构为例,利用有限元软件ANSYS建立计算模型,通过三维有限元计算并分析了环锚预应力结构中锚索间距对衬砌结构强度和稳定性的影响及其相关规律。结果表明,当锚索间距过大时,不能满足衬砌结构的承载能力及环向应力沿轴向的均匀性要求,局部区域因环向拉应力超过混凝土抗拉强度设计值时将出现裂纹;当锚索间距过小时,衬砌结构偏于安全,但影响工程施工的便利性并提高工程造价。对于穿黄隧洞工程,锚索间距为0.4~0.6m时可满足其安全运行要求,为尽可能降低锚索的工程造价,兼顾锚索的锚固作用及工程的经济效益,建议在满足工程结构受力的要求下优先选取较大的锚索间距。     

杨家坝大跨度简支预应力渡槽徐变效应分析

针对杨家坝大跨度简支预应力渡槽在长期荷载作用下单跨结构稳定、挠度是关系到渡槽安全与正常运行的问题,采用有效模量法借助有限元软件ANSYS建模,计算了渡槽槽身在假定荷载保持不变条件下由徐变引起的应力和挠度,分析了渡槽的安全稳定性.结果表明,该渡槽徐变应力和挠度均满足现行规范要求,为工程设计提供了重要参考.     

钢衬壁厚对抽蓄电站围岩内水压力分担率的影响

根据实际工程需要,采用FLAC3D数值模拟软件通过改变钢衬壁厚,分析了不同设计内水压力组合条件下,钢衬、混凝土垫层和围岩的位移和变形特征及钢衬环向拉应力,研究了引水钢衬壁厚对围岩内水压力分担率的影响。结果表明,随着壁厚增大,虽可相应减少钢衬径向位移和环向拉应力,但减幅小,效果不显著;随着壁厚变小,钢衬径向位移变大,根据变形协调,有助于荷载传递,提高了围岩分担率,有利于"钢衬-垫层-围岩"联合承载;在满足抗外压稳定验算、焊接工艺和施工安装前提下,壁厚可较大幅减小。研究成果不仅有利于减少不必要的投资,还有利于降低硐室钢衬运输安装等施工难度,可供类似工程设计参考。     

环形预应力锚索失效对高内压隧洞内衬应力的影响

受施工质量不良、防腐措施不规范、锚索张拉控制应力过高等因素的综合影响,环形预应力锚索存在失效的可能与现实。为揭示高内压隧洞内衬中环形预应力锚索破坏失效后对隧洞内衬应力的影响,以南水北调中线穿黄隧洞工程为例,采用三维有限元方法对隧洞内衬结构的应力分布进行模拟计算,假设标准段衬砌中不同部位、不同根数锚索的预应力完全失效,分析其对隧洞内衬应力的影响。研究结果表明,锚索失效后失效锚索附近局部区域预压应力减小,运行中的环向应力分布均匀性变差并出现了拉应力区;衬砌段中部锚索失效对内衬应力的影响区域较大但对应力值的影响较小,端部锚索失效对内衬应力的影响区域较小,但对应力值的影响较大;端部锚索失效和中部相邻两根锚索同时失效时的运行工况最大拉应力值超过混凝土设计抗拉强度,将引起混凝土的局部开裂,可能导致结构破坏。     

风力机基础环与混凝土间相互作用研究

通过数值模拟及理论方法,对基础环与混凝土间的相互作用问题进行研究,包括基础环形式、基础环高度及附近配筋对混凝土应力及结构稳定的影响。研究结果表明:基础环上焊接栓钉增大了基础环与内部混凝土间的接触压力,栓钉布置间距在290 mm以内时,至少承受25%的荷载,凸台可按75%的外荷载进行配筋;基础环露出凸台高度在25%埋入深度对结构及施工均有利。分析了竖向钢筋及环向钢筋对结构的影响,为今后扩展基础设计提供理论依据。     

渡槽在折线温差分布下的横向温度应力计算

为分析渡槽在折线温差分布下的横向温度应力,运用公路桥梁规范中折线温差分布函数,推导了渡槽在折线温差分布下横向温度自约束应力和框架约束应力计算公式,计算了渡槽在冬季骤然降温作用下的温度应力。计算表明,渡槽外表面总应力是壁厚和温差的函数,当壁厚不变,温差减小50%时,其温度应力也相应减小50%,当温差不变,壁厚减小50%时,其温度应力减小21%;与指数温差分布函数计算的温度应力值相比,该方法计算值较小,在设计时若按此考虑渡槽温度荷载,则能显著提高渡槽的安全性能。     

层状组合结构轴拉条件下的裂缝饱和度分析与应用

基于裂缝扩展机理分析了裂缝扩展过程中的饱和现象,建立了层状组合结构的数值模型,分析了轴拉条件下裂缝中心区域的应力分布特征,论证了裂缝饱和度存在的客观性,探讨了荷载边界条件、材料参数与上覆压力对裂缝饱和度的影响,结合钢衬混凝土组合结构工程特性,研究了裂缝饱和度的基本规律。结果表明,轴向拉伸荷载边界条件不影响裂缝饱和度,裂缝层材料的弹性模量和泊松比越大,或相邻层材料的弹性模量和泊松比越小,裂缝饱和间距越大;上覆压力对裂缝饱和间距的影响较小。对于钢衬混凝土组合结构,轴拉条件下的裂缝饱和间距主要取决于外包混凝土厚度;布筋对钢衬混凝土组合结构的裂缝饱和度有显著影响,钢筋的埋入,相当于降低了混凝土裂缝层的有效厚度,可起到控制裂缝最大宽度的效果,建议将钢筋布置在混凝土层中部,以期增加潜在的裂缝条数,而不会出现宽度过大的裂缝。     

风机基础环局部受压计算

通过分析计算风机基础环下混凝土在轴心压力下的局部受压承载力及偏心荷载下的局部压应力,确定在风机运行不利工况下,基础环下混凝土的最大压应力。根据混凝土的最大压应力,核算风机台柱或风机基础混凝土的强度等级及优化基础环下钢筋混凝土部分的配筋方案。     

湍河渡槽充水试验监测与分析

为了解湍河渡槽的安全性,有必要对湍河渡槽各部位进行监测布置及充水试验分析。为此,针对湍河渡槽工程结构安全情况,基于其监测设计的主要技术依据,分析了湍河渡槽各部位的监测项目与仪器布置安排,结合湍河渡槽实施了两次充水试验,对其中一些重点监测项目的监测数据进行了分析。分析结果表明,充水试验期间渡槽垂直位移受充水试验影响较大,混凝土钢筋应力受环境温度影响较大,基础渗压变化不明显,监测项目均处于安全状态。研究成果可为同类工程提供技术借鉴。     

克孜河渡槽充水试验与承载力安全评价

为检验克孜河渡槽承载能力储备情况,通过现场充水试验模拟渡槽在实际运行阶段的工作状态,揭示在各级水荷载作用下渡槽的挠度和应变变化规律,完善渡槽承载能力的评价指标,按照预期的方案对渡槽试验段展开充水试验,根据监测结果对结构进行安全评价。结果表明,第7跨跨中各梁实测总挠度均小于规范要求;第7、8两跨跨中各梁实测应变随荷载的增大而增大,实测残余应变归零情况正常,应变规律符合理论预期且相对残余应变均小于20%,满足规程要求;根据克孜河渡槽有限元计算结果,参考第8跨跨中中梁理论最大应力增量为1.37MPa,现场实测最大应力增量为1.22MPa,实测最大应力增量仍未超过理论最大应力增量,且应变计算结果与实测应变结果相一致,说明槽身结构在各工况下无较大的不可恢复变形且处于弹性工作阶段;试验段中梁、边梁跨中位置结构校验系数分别为0.89、0.79,满足规程要求,试验结果合理有效。     

环锚预应力混凝土衬砌锚具槽区域应力状态分析

锚具槽区域是预应力衬砌中应力状态最复杂的薄弱环节,运行期锚具槽区域的应力状态是判定预应力衬砌能否实现不裂不渗,或局部虽开裂但不产生渗漏的重要依据。结合小浪底排沙洞工程实例,采用ANSYS有限元计算方法,分别对锚具槽回填混凝土与衬砌黏结良好以及锚具槽端部出现不同开裂后衬砌结构的应力状态进行了分析,在设计水位下,回填混凝土均处于全面受拉状态,要避免开裂几乎是不可能的。在分析锚具槽区域出现不同开裂后应力状态的基础上,提出了一种"强调回填混凝土密实性,弱化与衬砌黏结作用"的设计思路,并进行了相应的计算分析,在此种设计思路下回填混凝土内部及新老混凝土结合面受拉状态得到很大改善,从而降低了锚具槽局部开裂的可能性,为类似工程的设计和施工提供了新思路。     

混凝土垫层对抽蓄电站引水系统围岩内水压力分担率的影响

基于FLAC~(3D)软件,通过对比分析工程实测数据、数值仿真和规范方法结果,研究引水系统回填混凝土标号改变对钢衬变形和围岩内水压力分担率的影响。结果表明,现行规范在计算钢衬环向应力时,未考虑混凝土垫层,可能导致计算应力值偏差,进而影响围岩内水压力分担率;垫层混凝土标号由C15增加到C25,虽可减小钢衬的径向位移和环向拉应力,提高围岩内水压力分担率,但效果不显著。     

焊接顺序对X形坡口环焊结构残余应力的影响

利用有限元软件ABAQUS建立了环焊结构的二维轴对称热力顺序耦合有限元模型,并对模型的准确性进行了验证.利用该模型计算了不同焊接顺序下不锈钢圆筒多道对接焊的残余应力分布.结果表明:不同焊接顺序下的残余应力分布趋势基本一致,轴向应力在焊接接头内壁一侧表现为拉应力,而在外壁一侧表现为压应力;环向应力在整个壁厚方向上均表现为拉应力.就应力值大小而言,焊接顺序对残余轴向应力的影响较大,对环向应力的影响则较小.以最大程度降低焊接结构在服役期间发生应力腐蚀开裂的可能性为依据,确定了最佳焊接顺序.     

季节水温变化对充水保压蜗壳承载特性的影响

抽水蓄能电站钢蜗壳一般均采用充水保压埋入方式,在正常运行过程中,蜗壳内季节水温变化将影响钢蜗壳—混凝土接触关系,继而影响充水保压蜗壳的承载特性。为此,基于运行期钢蜗壳温度监测结果,研究了运行期钢蜗壳实际温度变化情况,并采用有限元方法研究了运行期钢蜗壳—混凝土接触关系的变化规律、结构承载特性及不平衡水推力分载情况。结果表明,在机组投产后正常运行年内,钢蜗壳内季节水温变化对钢蜗壳—混凝土接触闭合时机及空间分布影响显著;夏季水温升高将导致蜗壳外包混凝土承载比显著升高,应确保混凝土配筋满足强度和正常使用要求;而在冬季水温降低时止推环将起到承担不平衡水推力的主要作用,与此同时,座环也承担了约30%～40%的不平衡水推力,说明充水保压蜗壳设置止推环和加强座环锚固非常必要。     

大吨位预应力混凝土边墩三维有限元静动力分析

为了得到某工程大吨位预应力边墩的应力变形规律,采用有限元软件ANSYS建立闸墩整体的三维有限元模型,选取3种典型工况进行静动力计算,分析闸墩整体各方向的位移情况及闸墩颈部区域、锚块尾部、预留平孔等部位的应力分布特点。由于传统的等效荷载法和降温法施加预应力不够准确,改进了等效荷载法,并对锚块底部和闸墩按分离模型进行模拟。结果表明,闸墩预应力效果明显,位移应力分布符合一般规律。局部区域拉压应力超出了混凝土的设计强度,但在深度方向上范围较浅,可通过配置非预应力钢筋限制裂缝的开展。     

风力发电塔基础环基础疲劳破坏加固方法研究

针对基础环基础的构造缺陷,提出环向预应力加固方法,并以某风电机组基础环基础为例,通过数值分析计算基础环基础加固前后的受力状态,根据相关规范对其疲劳寿命进行评估。结果表明,该方法能有效降低混凝土疲劳应力幅,提高T型板上方混凝土疲劳寿命,同时能降低基础柱墩上表面拉应力水平,有效改善开裂问题。     

深埋有压隧洞平行四边形管片衬砌结构受力特性研究

水荷载是深埋有压隧洞的主要荷载,内水压力或外水压力直接作用在衬砌管片上,管片衬砌的受力特性对于工程安全稳定运行具有重要意义。平行四边形管片作为一种新型管片,在错缝拼装方式下应用具有较大优势,但尚未对其结构受力特性进行研究。依托某市供水隧洞工程实际,建立新型平行四边形管片衬砌的三维有限元数值模型,研究其在运行期和检修期的受力特性。结果表明,运行期内水压力作用下,衬砌各管片单独受力,管片间变形与拉应力不连续,以环向螺栓连接,各接缝开度呈现靠近衬砌内侧小、外侧大的特点;检修期外水压力作用下,衬砌管片受力整体性较好,管片间环向变形与压应力连续,环向螺栓压应力偏小,各接缝压力靠近衬砌内侧较大、外侧较小。同时,根据衬砌与豆砾石间摩擦系数讨论结果可看出,运行期衬砌朝外变形,管片与豆砾石间呈压紧趋势,其受力变形受摩擦系数的影响较为敏感,检修期管片与豆砾石间呈分离趋势,管片受力特征基本不受摩擦系数的影响。     

超高扬程垂直升船机塔柱结构型式及抗震性能分析

为确定升船机塔柱结构筒体尺度,将高扬程升船机塔柱结构简化为薄壁筒体结构,控制塔柱顶部位移满足相关规范要求,基于悬臂梁法,编写程序计算筒体宽度与壁厚之间的关系。根据塔柱结构设计原则和使用要求,在保证混凝土用量相近的条件下,拟定了固定壁厚、变壁厚两种超高扬程塔柱结构型式尺度;采用ABAQUS有限元软件建立了固定壁厚和变壁厚两种塔柱结构计算模型,分析了超高扬程大型升船机塔柱结构在三种不同烈度地震荷载下的动力响应。计算结果表明,在不同地震烈度作用下,变壁厚塔柱结构的顶部位移及加速度、惯性力、筏形基础的拉、压应力较小,变壁厚塔柱结构的抗震性能优于固定壁厚塔柱结构。     

d1200-1000内燃机活塞环(Ⅲ)

12切向弹力Ft、径向弹力Fd、接触比压Po及弹性模量E　切向弹力是指作用在环切口处径向厚度中点上沿切线方向的力,该力将环的开口端间隙成为闭合间隙S1.计算Ft的目的通常是为了求得接触比压Po,Ft的计算参见式（8.1）.