某高墩渡槽静动力响应及支座型式分析研究

通过采用有限元法对某输水工程的预应力高墩渡槽进行结构应力和变形分析,获得了槽身、槽墩在施工期以及运行期不同荷载工况下工作性态,并重点分析了槽身与槽墩支座采用刚性连接的利弊。计算表明,各工况下渡槽变形和强度满足规范要求,设计总体上是合理的,但在设计预应力作用下,槽身呈两端上翘的反拱状态,使得槽身底面局部处于受拉状态,因此从改善应力状态的角度,可考虑适当减少预应力钢绞线的数量。在风荷载下,渡槽横向位移较大,支座固定连接可降低风荷载引起的槽身横向位移,但对改善重力荷载和温度荷载下的槽身应力没有明显效果,而且在地震工况下会显著增加槽墩底部以及墩槽结合部位的拉应力,因此采用固定连接与盆式支座相比没有优势。     

特大型梁式渡槽支座动力计算及结构特性分析

由于地震是危害特大型梁式渡槽结构安全的原因之一,渡槽支座是槽身的主要承力部位,因此需要计算分析支座的结构动力特性。笔者采用地震动力计算分析理论,结合实际工程建立三维有限元模型,基于三维有限元软件计算分析支座的动力响应特性及其关键节点位移和应力的时程变化规律。工程实例计算分析结果表明：渡槽支座的最大位移为顺槽向位移,出现在边墩上部的支座上;最大压应力与最大拉应力均为整个渡槽结构的应力最大值,其最大拉应力超过了支座混凝土的抗拉强度,会出现拉裂破坏。该文为同类渡槽的支座动力特性研究提供了计算案例。     

南水北调中线沙河渡槽预应力钢束调整综述

南水北调中线沙河渡槽采用梁式渡槽结构形式,上部槽身为预制U形双向预应力C50混凝土简支结构。工程开工后,预应力施工中锚索监测数据表明预应力损失值高于设计值,根据现场实测预应力损失及孔道摩阻对渡槽进行了结构复核,结果表明在槽身内壁局部出现拉应力,为确保渡槽安全运行,经过科研和设计单位的深入研究,对原预应力设计方案进行了优化调整,消除了槽身内壁拉应力。     

南水北调沙河渡槽预应力结构设计与配筋优化

南水北调中线沙河渡槽为预应力U形渡槽,采用结构力学法初步配制该渡槽预应力筋,在叠加温度荷载后用三维有限元法进行复核。当考虑到实测的钢绞线预应力损失后,槽身局部出现了拉应力,不符合相关规范要求。为此,通过减少底部纵向钢铰线,略微增加顶部纵向钢绞线,略微增大槽端部环向钢绞线间距,同时加密跨中环向钢绞线布置,使槽身在各工况下均不出现拉应力。上述优化措施,在仅增加很少工程量的情况下,确保了渡槽的安全及施工工期。     

某大型预应力U形薄壁梁式渡槽结构受力分析

采用通用的有限单元计算软件,对沙河预应力U形薄壁梁式渡槽进行了受力分析。结果表明:U形截面渡槽由于槽身光滑、平顺,因此槽身应力分布均匀,拉应力值较低;人行荷载和风载对渡槽的位移和应力影响很小,在设计水位作用下,槽身结构的竖向位移比空槽大近1倍,说明水荷载对渡槽有巨大影响。     

漕河渡槽应力场三维有限元模拟

在最不利工况下,选用合理的单元对渡槽进行结构计算,得到的节点应力和位移云图显示了槽身出现最不利变形和最大拉、压应力的位置。结果表明:槽身的后浇带处、主梁支座钢绞线附近、两侧边墙与底板连接处的变形比较严重。另外还将计算结果与槽体内埋设的精密安全监测仪器所测的数据进行对比,其结论对类似工程的设计和施工有重要的参考意义。     

基于ANSYS的渡槽三维有限元分析

针对U型钢筋混凝土渡槽,将钢筋混凝土的弹性模量和容重进行等效处理,建立三维有限元模型,模拟分析U型渡槽槽身的位移变形和应力分布特征。模拟结果表明,渡槽槽身的位移变形和应力分布特征基本符合一般分布规律。在正常水压力的作用下,槽身的最大位移和变形主要集中在跨中两侧的中上部;应力分布主要是集中在跨中底部,并且在X方向两端支墩处有可能引起拉应力,应引起注意。     

红旗渠曙光渡槽结构安全评价

红旗渠曙光渡槽多年运行后出现不同程度破损,存在一定安全隐患。基于ABAQUS软件,建立渡槽三维有限元计算模型,采用均质化理论对三维渡槽结构模型进行静力计算,分析渡槽结构的应力和位移,复核渡槽基础沉降,同时考虑差异荷载及温度荷载对渡槽结构的影响,综合评价该渡槽的结构安全。研究结果表明:各槽墩压应力最大值主要分布在墩台和槽墩的接触部位,拉应力最大值均出现在槽墩墩台底部,最大压应力和拉应力分别为2.90 MPa和2.29 MPa,槽墩局部范围出现应力集中;槽墩最大沉降值为1.57 mm,各相邻墩台沉降差最大值为1.07 mm,差异荷载造成的应力集中与温度荷载叠加效应会对槽墩中部产生一定影响。综合认定该渡槽结构安全为B级。     

南水北调中线工程泲河渡槽三维有限元分析

南水北调大型渡槽流量大、跨度大等特点,对渡槽的设计提出了更高的要求。结合南水北调泲河渡槽的工程实例,运用三维有限单元法对该渡槽的受力性能进行模拟,同时重点考虑预应力和温度荷载的影响,研究了渡槽槽身各部位控制断面的应力、变形分布规律。计算结果表明:槽身截面设计和预应力筋布置方案合理,应力和位移均在允许范围内,满足抗裂和挠度要求。     

骤然降温作用下混凝土箱形渡槽横向温度应力分析

阐述了箱形渡槽横向温度应力产生的原因,根据箱形渡槽的温度边界特点,给出了箱形渡槽骤然降温的温差分布形式,并将箱身横向温度应力分成板厚范围内非线性温差自约束应力和箱身横向框架约束应力两部分,按照温度自约束应力的平衡特点和等效线性化的原则,导出了横向自约束应力和非线性温差分布修正系数的计算公式。对深圳水库渡槽的计算表明:骤然降温作用下混凝土箱形渡槽槽身外表面将产生可观的横向温度应力,会导致槽身混凝土出现纵向裂缝,应通过施加横向预应力,提高其抗裂能力。     

大型渡槽结构运行期保温设计研究

渡槽属于典型空间薄壁结构，对外界温度变化很敏感，采取表面保温措施可有效改善槽身结构温度应力分布进而防止表面裂缝产生。目前，坝工领域中常用的表面保温能力计算方法对渡槽保温问题虽然具有借鉴意义但不可直接套用，故渡槽保温问题需要单独研究。为此，从渡槽结构温度荷载出发，提出一个基于混凝土结构温度及温度应力分析的渡槽保温设计计算方法。以某U形渡槽为例进行分析，结果表明：在槽身直墙段与圆弧段0～45°的外表面铺设5.0 cm厚聚氨酯泡沫塑料保温材料后，槽身应力状态得到较大改善，温升时内壁环向和纵向均不出现拉应力，温降时外壁环向和纵向应力较未设置保温措施时有所降低，槽身内外壁应力状态满足设计规范要求。工程案例研究的保温设计计算方法可用于渡槽运行期保温设计，进而确定铺设范围及保温层厚度等保温设计关键参数。     

高地震区高跨渡槽设计及结构稳定计算分析

渡槽是水利工程中关键性节点建筑物,其安全运行往往决定着输水工程系统的整体运行。山区地震烈度高、跨度大、高度高的渡槽的设计是一个普遍存在的难题。为进一步研究高地震区高跨渡槽的结构设计,文章以MIDAS三维有限元分析软件为依托,以小庙箐渡槽为例,进行渡槽建模、三维有限元计算等过程,采用简支梁、桥梁设计中桥墩计算等方法,得出槽身跨中部位弯矩变形最大,重力式槽墩顶部位移最大,实心桥墩最大应力出现在中部而空心桥墩最大应力出现在墩侧,组合式基础中承台的表面会产生偏心拉压、桩端顶部出现最大拉应力和压应力等结论,在结构设计中应予以重视。     

预应力钢筋混凝土矩形渡槽槽身设计

衢州市铜山源灌区会泽里渡槽建于1977年7月，为钢筋混凝土矩形渡槽，渡槽全长705m，因渡槽年久失修和长期满负荷运行等因素影响，造成目前槽身抗裂和强度安全系数不满足要求，需对槽身重新设计。新槽身按预应力钢筋混凝土进行设计，以满足抗裂和强度安全要求。     

红旗渠南古洞渡槽应力变形及稳定性分析

针对红旗渠南谷洞浆砌石渡槽结构老化问题,基于Hypermesh软件生成三维有限元网格,建立渡槽的三维有限元模型,采用ABAQUS软件进行渡槽结构应力及变形计算,并采用材料力学法对渡槽结构稳定性进行复核。结果表明:墩台基础最大沉降量为3.05 mm,相邻墩台基础的最大沉降差为0.43 mm;渡槽的最大压应力为4.56 MPa,最大拉应力为1.93 MPa,出现在槽身侧壁局部区域;槽墩抗滑稳定和抗倾覆稳定安全系数最小值分别为10.1和2.4,均大于规范允许值,综合分析表明该渡槽是安全的。     

克孜河渡槽运行期温度应力耦合分析

渡槽在运行期时水泥水化热已经基本消失,结构处于较稳定温度状态,由于外界气温变化会引起渡槽内部的温度应力变化,同时在日照、环境温度变化和骤然降温时会引起结构内外温差与温度应力变化。为了有效防止渡槽在运行期混凝土槽身开裂,造成不必要的损失,通过三维有限元软件建立克孜河渡槽三维模型,模拟渡槽运行期温度、应力分布规律。结果表明:运行期温度应力较大,通过在渡槽外壁采取保温措施,有效的改善了槽身的应力状态,可为今后渡槽设计提供设计依据。     

渡槽结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应

针对渡槽结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应问题,以南水北调中线某渡槽为例,采用M法模拟桩周土体对桩的作用,采用基于Housner理论的弹簧质量模型模拟槽身与水体的相互作用,并利用三维有限元建立了渡槽结构在爆炸冲击荷载下的分析模型。利用时程分析法分别计算了渡槽结构在空槽、半槽水深、设计水深3种工况下,遭受爆炸冲击荷载时所产生的位移和应力。结果表明：槽身的最大位移响应和最大应力响应均大于槽墩的,槽身中部的最大拉应力响应大于槽身两端的,侧墙顶端和底板中部拉应力响应相对较大,而槽墩上部的最大位移响应和最大应力响应又大于槽墩下部的;在空槽时,槽身内最大拉应力和最大位移响应最大,此时对结构最为不利。     

桩基梁式多侧墙渡槽抗震可靠度研究

将桩基粱式多侧墙预应力渡槽分解为槽身部件、槽身、槽身＋槽墩等力学研究对象,对每一研究对象分别采用拟静力法、底部剪力法、振型分解反应谱法及H0usner方法,建立地震作用模式及地震可靠度计算模型,以不同模式下结构可靠指标口的均值来评价结构的抗震可靠性．计算了南水北调中线渡槽工程实例。结果表明：在水平地震影响下,槽身在槽墩上沿纵、横向的抗滑稳定是渡槽工程抗震安全最薄弱的两个方面,且横向比纵向更为不利;在中震影响下,渡槽的抗震可靠度满足规范要求,但抵御大震能力显著不足。     

封闭式箱形渡槽冬季输水期热力研究

为研究冬季输水期封闭式箱形渡槽的温度与应力变化状况,根据热传导理论及水工渡槽的温 度边界条件以引洮工程柳林沟渡槽为例利用ＡＮＳＹＳ进行冬季输水运行期的热力变化分布仿真分析。 计算表明:封闭式箱形渡槽在冬季输水期间降温快,沿板壁厚度方向温度梯度外大内小,内外温差均为 二次曲线分布。温度应力总体呈现外部受拉、内部受压的分布状态,各壁板的内外表面在不同时刻出现 最大拉应力和压应力,同时板壁最大压应力较最大拉应力具有一定的滞后性。壁板及棱角部位的横向 与竖向最大拉应力值超出混凝土抗拉强度设计值,因此,在进行封闭式箱形渡槽结构的设计中应考虑槽 身的保温或设置适当的温度钢筋来减小或抵抗一定的温度应力,从而避免裂缝的产生,增强结构的安全 性和耐久性。     

预应力U型薄壳渡槽槽身施工质量控制

以都江堰灌区毗河供水一期工程施工第六分部易家坝渡槽为例,对预应力U型薄壳渡槽的内模抗浮、槽身浇筑外观质量及预应力张拉进行了分析并对易发问题提出了解决措施,介绍了预应力U型薄壳渡槽施工技术要点。     

渡槽槽身预应力张拉施工研究

文章主要研究预应力张拉的施工技术,以孟楼镇境内的孟楼渡槽为例,对其槽身使用的预应力张拉施工技术进行分析。首先介绍了工程概况,然后分析预应力张拉的施工流程、要求以及施工情况,施工中节约了钢材,并提升了渡槽槽身的性能。