沉井基础水闸整体结构及稳定性分析

针对传统计算方法中沉井基础水闸结构的设计未能考虑结构间的相互影响和整体工作效应的问题,以江苏省某沉井基础水闸为例建立了三维有限元计算分析模型,采用ANSYS软件模拟了混凝土材料的弹性、土体材料的弹塑性及结构和地基接触面的非线性行为,得到了闸室结构的位移、应力分布及基底的应力状况。结果表明,该沉井基础水闸整体结构的位移、强度及稳定性均满足现行规范要求,且有限元计算结果能较直观地反映水闸整体工作性态。实际工程设计中,建议采用三维空间有限元法进行沉井基础水闸结构的数值模拟。     

渠道引水枢纽水闸改造工程泄流计算方法研究

基于有限元分析软件ABAQUS的水闸泄流计算方法,由于模拟加载方式较为单一,导致其存在着水闸泄流计算效率较低的缺陷,无法满足现今水资源匮乏地区的需求,故提出渠道引水枢纽水闸改造工程泄流计算方法研究。以渠道引水枢纽布置分析为基础,结合现今水闸安全缺陷,对水闸进行工程改造(施工导流阶段与闸室改造阶段);依据上述水闸改造工程情况,结合水闸顶部高程与不同泄流装填构造水闸泄流计算公式,确定泄流计算公式参数,从而实现渠道引水枢纽水闸改造工程泄流的计算。仿真实验结果显示,与现有方法相比较,提出方法水闸泄流计算精确度较好,计算时间较少,表明提出方法水闸泄流计算效率较高,充分证实了提出方法的有效性与可行性,适合大力推广并应用。     

边荷载对水闸结构应力和变形的影响分析

水闸周边土地的开发建设会改变水闸的边荷载情况，以广州市某水闸工程为例，通过建立二维有限元模型，探究边荷载对水闸结构应力和变形的影响。研究表明，边荷载的增加会对水闸岸墙的应力和位移产生不利影响，会导致水闸排架结构发生转动位移，从而影响闸门的正常启闭。从应力传递和地基土变形方面考虑，建议采用复合地基法、深基础法和隔离桩法减小边荷载引起的不利影响。以复合地基法为例建模分析处理措施的有效性，研究表明，地基处理后可有效减小水闸结构的变形。     

深基坑桩锚支护结构数值设计方法研究

基坑支护关系到水闸工程的安全性。为确保水闸工程的稳定性,需要充分重视深基坑在内的所有设计环节。本文以克孜加尔水闸工程为例,对桩锚支护结构设计方法进行讨论,并对结构设计效果进行数值模拟分析。结果表明:连续介质拉格朗日分析本构模型、支护结构数值计算模型能够比较准确地计算出支护结构的应力分布、横向位移、纵向位移等。     

初始应力对水闸混凝土加固的影响研究

结合淮安地区某老水闸的加固工程,通过有限元分析水闸加固前后的应力应变状态,研究初始应力对加固结构的影响,得出考虑老结构的初始应力所得的计算结果偏于安全,成果可为病险水闸加固工程提供较好的参考。     

三维有限元法在病险水闸整治工程中的应用研究

以某连续反拱底板形式的病险水闸为例,采用三维有限元法对病险水闸整治工程中的施工加固方案进行比选,建立以地基、底板和闸墩作为整体结构的三维有限元模型,采用参数反分析法反演未知的地基变形模量,计算分析了全孔围护、半孔围护和连续三孔围护三种施工加固方案对水闸结构内力的影响。研究表明,采用三维有限元法可直观、准确的反映出水闸结构在施工过程中的应力变形情况,计算成果为经济有效的选取施工加固方案提供了参考依据。     

岩基上水闸短时温度应力研究

建在岩基上的水闸闸墩和常暴露于大气中的水闸底板常产生贯穿性裂缝。为研究裂缝产生的原因,采用有限元方法,对水闸结构的短时温度应力变化及其影响因素进行了分析,尤其是分析了日照对水闸结构短时温度应力变化的影响。工程实例分析研究表明,短时温度应力是造成裂缝产生的主要原因,因此需要在水闸设计中加以考虑。研究结论可供类似工程设计参考。     

基于FLAC的调压井结构三维非线性数值分析

采用FLAC大型商业计算软件对构皮滩水电站阻抗式调压并的围岩和衬砌结构进行了三维非线性仿真分析。用空单元模拟开挖过程，解决了用反向节点加载法计算时由于单元划分而导致的计算误差，对于地应力的模拟采用了初始地应力文件的方法，解决了由于自重应力在初始计算过程中带来的初位移难以处理的问题，计算中考虑了洞室周围的断层所带来的影响，很好地反映了工程地质的真实情况，得到了围岩、调压并衬砌和阻抗板的受力特性，并对衬砌的支撑杆结构进行了优化，得到了合理的支撑杆布置方案。可为同类工程的设计提供参考。     

闸墩混凝土裂缝对水闸系统安全性的影响分析

水闸在施工或运行过程中产生裂缝是常见的现象，但裂缝往往对水闸结构造成危险，应引起工程界的重视。结合某水闸裂缝特点。采用数值模拟方法,分析和研究了在设计荷载和校核荷载四种工况下水闸受力、位移特点，以及裂缝顶端拉应力突变特征，提出．所有裂缝在缝端部位具有非常明显的应力集中现象，在外界荷载作用下，特别是在地震荷载作用下，有沿缝端继续发生渐进破坏的趋势。     

基于分级加载的高面板堆石坝应力变形分析

依据非线性弹性K-G模型理论对天池上水库面板堆石坝进行了应力变形分析。首先采用CAD图形和程序控制相结合方法建立坝体与地基模型,考虑了断层构造和岸坡变化,得到了较为精细的三维有限元模型。然后在模型计算中采用了施工逐级加载的方法对坝体进行了模拟,应用修正后的分级加载位移变形公式,对竣工期和正常水位蓄水期的应力变形进行三维有限元分析,得出了两种工况下断层对该高面板坝应力变形影响一般规律。     

跨海大桥悬臂浇筑施工菱形挂篮施工力学特性与施工技术

针对悬臂梁浇筑菱形挂篮施工过程安全问题,为了保证悬臂梁成功浇筑,以浙江G228国道三门县至宁海公路段海游港特大桥工程为依托,研究了跨海大桥悬臂梁浇筑施工菱形挂篮施工力学特性与施工技术。运用有限元软件Midas-Civil,建立悬臂端浇筑时菱形挂篮最不利荷载下有限元模型,分析其关键部位的变形、内力以及整体抗倾覆计算,并与实测变形值对比验证有限元模拟的可行性与正确性。结果表明:菱形挂篮施工过程中结构最大位移发生在支架前顶部,其值为14.6 mm,结构最大应力发生在后上斜杆顶部,其值为134.9 MPa,允许应力为215 MPa,控制变形在20 mm内,结果满足要求。挂篮施工中最大弯曲应力与切应力以及最大变形值均出现在前上横梁,其值分别为125.2 MPa、39.5 MPa和3.3 mm,允许弯曲应力与切应力分别为205 MPa与120 MPa,控制变形为L/400,分析结果满足规范要求。抗倾覆安全系数远远大于2,满足要求。现场检测悬臂梁最大变形值出现在中跨跨中,其值为18 mm,在控制范围内且与数值模拟值在同一数量级。研究成果可供类似工程施工参考。     

地震断裂带高铁大跨拱桥钢管拱肋的力学特性与施工技术

徐盐高速铁路徐洪河特大桥位于地震断裂带上,跨度为400 m(100 m+200 m+100 m)的预应力混凝土连续梁拱桥是目前国内同类型桥梁跨度最大的,200 m跨钢管拱肋施工是工程中重要的施工难题。为解决大跨度钢管拱肋施工问题,选取合理的施工方案,并验证其可行性。运用有限元分析软件Midas-Civil,建立拱肋支架法安装各阶段的有限元模型,分析各工况下结构内力和变形。结果显示:对钢管拱肋安装支架进行内力和变形分析,结构最大应力发生在跨中支架的中部,其值为58.9 MPa,结构最大位移发生在中部支架顶端,其值为横桥向8.3mm;分析钢管拱肋吊装各阶段工况结构的内力及变形,结构最大应力发生在两端第一根立柱底部,其值为97.8 MPa,结构最大位移发生在中部支架顶端,其值为横桥向20.7 mm;对支架最高单根立柱进行稳定性验算证实,立柱最大应力发生在立柱底端,其值为11.0 MPa,最大位移发生在立柱顶端,其值为横桥向19.1 mm,允许应力170 MPa、控制变形2H/1 000,各分析结果均满足规范要求。研究表明:200 m跨钢管拱肋采用支架法施工,在施工过程中安装支架强度、刚度及稳定性均满足规范要求,方案可行,且为同类型工程施工提供参考。     

水闸混凝土结构关键部位温控防裂研究

由于水闸底板结构属于薄板结构,层厚较薄,其混凝土内部温度随年气温呈周期性变化,无稳定温度,给其最高温度控制标准的制定带来了一定困扰。为此采用有限元仿真分析方法,以某水闸为例,就水闸结构的最高温度温控标准、关键部位防裂重点及防裂措施进行了重点分析。通过计算可知,该水闸混凝土的最高温度控制标准按照32℃控制为宜;低温季节混凝土浇筑完成后及时保温可降低拉应力19%,上下层温差按照15℃控制,安全系数1.65。结果表明:水闸结构最高温度控制标准按照基础温差加闸底板结构各浇筑层第二年温度的最低值确定为宜;低温季节混凝土浇筑完成后应及时保温;闸墩与底板混凝土的上下层温差控制是闸墩结构防裂的重点之一,需从严控制。     

高原冻土地区公路路基回填材料优选及施工技术

以中国一带一路重点项目西藏羊大公路(羊八井至大竹卡公路)改建工程为依托,研究了高原冻土地区公路路基施工优化设计,提出了拟采用的4种公路路基回填材料方案,分别为原土基层、天然级配砂砾+水泥稳定砂砾基层、粉质黏土+气泡混凝土基层、人工级配砂砾+宕渣基层,面层均采用中粒式沥青。利用有限元分析软件MIDAS-GTS NX建立路基模型,对比,分析了经历冻融循环前后4种路基回填材料方案内力变化、结构变化。研究及施工结果表明:采用天然级配沙砾底基层+水泥稳定砂砾基层+中粒式沥青混凝土面层的2号施工方案在模拟监测点处的竖向应力值变化率最小为6.04%、水平应力值变化率最小为4.23%,冻融循环后变化率不大,竖向沉降和水平位移更快趋于稳定,分别为30.10 mm和35.16 mm。结合现场施工条件进行2号方案施工优化,降低材料冻融循环对路基稳定性的影响,减少了土体结构变形。而且,将建模理论计算值与工程监测值进行对比,分析验证了该方法的正确性。     

国内大孔口水闸结构关键技术问题研究

由于国内传统水闸存在孔口小、形态单一且自动化程度低等局限,已满足不了国民经济建设需求,大孔口水闸建设势在必行。但是,现有设计规范尚未对大孔口水闸结构设计提出明确的计算方法。为此,从大孔口水闸结构自身特点出发,围绕地基不均匀沉降、闸基渗流稳定及水闸结构温控防裂等关键技术问题展开讨论并提出合理化建议如下:地基处理方面,应根据地基条件、结构特点以及施工条件等通过有限元数值分析,组合选用桩基法、换土垫层法、排水固结法、振冲法及深基础等地基加固技术;在闸基渗控方面,可依照防渗、排渗、反滤三者相结合的原则,因地制宜地选择渗控措施;对于水闸底板和闸墩结构,应根据工程实际情况组合选用结构分缝、控制混凝土浇筑温度、水管通水冷却、表面保温等温控措施,以解决大孔口水闸结构温控防裂问题。     

坞式船闸底板受力的改善措施及其效果分析

坞式船闸底板中部容易开裂。本文结合前人研究成果,提出了底板设置凸肋、设置齿墙、沉入遮帘板桩以及铺设软垫层等措施防裂,并采用有限元方法对其效果进行了仿真模拟和比较分析。结果表明,这些措施均能减小底板的最大拉应力,建议工程建设中结合具体情况选用各种措施改善底板受力,防止开裂。     

水闸加固地震响应分析

利用有限元软件ＡＤＩＮＡ对加固后的某水闸进行三维有限元地震响应分析,计算加固后水闸结构的振型和自振频率及动位移和动应力,以验证水闸加固措施的合理性并对水闸加固后的整体抗震性能进行评价。     

软土地基水闸底板有限元分析的桩基模拟方法

传统分析方法中,采用等参单元模拟软土地基群桩基础的方法既不经济且夸大桩的刚度,为能对桩基进行合理高效地模拟,本文提出了一种考虑桩、土及底板相互作用的内置桩单元法。采用梁单元位移模式,根据桩单元节点在土或底板等参单元中的局部坐标,建立桩单元包含转角的节点位移与土或底板节点位移之间的关系,进一步代入到有限元整体控制方程中求解。结果表明,通过本文建立的位移转换模式,可以利用梁单元对考虑复杂的桩、土和上部结构相互作用情况的桩基进行模拟,在保证精度的同时简化了建模步骤,降低了对网格密度的要求。研究表明,采用本方法可以验证软土地基上水闸底板受力分析时桩基础用梁单元位移模式模拟的合理性和有效性,为软土地基上桩基的快速分析计算提供了一种新方法。     

水布垭地下厂房开挖施工过程的数值仿真分析

采用三维非线性有限元方法对水布垭电站地下厂房开挖施工过程进行数值模拟分析，数值仿真分析采用MARC软件。主要包括以下内容：开挖的数值模拟，非线性求解，有限元计算，计算成果的位移分析，应力分析和屈服区分析等。研究整个开挖过程中围岩及洞面的变形状态，应力状态，屈服区分布以及洞室群的整体稳定性，为施工提供依据。     

某大孔口水闸底板施工温控数值模拟

大孔口水闸底板平面尺寸大而厚度薄,属弹性地基上的薄板混凝土结构。受混凝土施工期水化热温升影响与地基约束影响,底板易形成贯穿性裂缝,因此需重视水闸底板温控防裂问题。本文采用有限元仿真分析方法,对某大孔口水闸底板在不同季节开始浇筑混凝土情况下的温度场和应力场进行了仿真计算,并通过分析计算成果提出了推荐温控措施。结果表明:自然浇筑情况下,2月份与11月份起筑混凝土方案的底板应力可以满足温控防裂要求,但对5月和8月起浇混凝土方案,必须控制混凝土浇筑温度,才能满足温控防裂要求。此外,在水闸底板与上游铺盖和下游消力池底板的连接处设置分缝,对局部区域的应力集中问题有明显改善。