地震作用下大型渡槽结构动态应力计算方法研究

作者首先采用常规有限元法求出渡槽结构需要计算部位周围处的有限元结点位移和加速度，然后利用最小余能法对南水北调水利工程中某大型渡槽槽身结构的动态应力进行了计算。结果表明：采用最小余能法计算悬臂梁结构在地震动作用下的动态应力结果与作者的方法较接近，而常规有限元的计算结果较理论解有较大误差；对单跨渡槽槽身结构，常规有限元法的动态应力计算结果比理论解出现较大的偏差，利用本文方法计算的动应力更符合实际。     

大型渡槽温度应力仿真研究

用化学反应速率描述温度对混凝土绝热温升的影响,求解基于等效时间的非线性热传导方程,对南水北调工程某渡槽施工期温度场和徐变应力场进行了仿真计算.研究表明,对于夏季和冬季浇筑的混凝土,采用基于等效时间的混凝土绝热温升理论和传统理论的计算结果有较大差异.     

施加预应力锚索的渡槽结构应力变形特性研究

以尼勒克沟渡槽为例,建立预应力渡槽的三维有限元模型,计算5种过水工况对应的应力和位移,与未考虑预应力的渡槽模型进行对比,结果表明:素混凝土渡槽在纯自重情况下受力较均匀,但不能承受较大的拉力;施加预应力锚索对渡槽在自重、水荷载、风荷载下的拉、压应力及应变的分布有所改善,提高了结构的可靠性和稳定性。     

大型人字闸门结构变形和应力分析

葛洲坝1号船闸下闸首人字闸门用空间壳、梁和杆的组合有限单元成功地计算了在关闭档水状态下的变形和应力,所得结果与原型观测结果一致。计算和分析表明:主梁和次梁内均只出现压应力,在沿梁的长度方向即闸门的宽度方向压应力较大;挡水面板在水平方向膜应力较大且为压应力;同时在该方向存在大小与之相当的局部弯曲应力;挡水面板在铝直方向的局部弯曲应力最大。所得结果也揭示了一些与传统设计理论不一致的规律:主梁在靠近端部的横截面上的正应力不呈线性分布;次梁以压应力为主而弯曲应力很小;挡水面板被主、次梁和纵隔板分隔出来的部分并不完全等同于四边固定矩形板。本文作者认为,在门轴支承强度允许的情况下,减少主梁的数目,增加次梁的数目,也能保证闸门的强度;增加纵隔板数目不仅可以减小挡水面板在铅直方向的局部弯曲应力,而且能增强闸门的开门和关门刚度。     

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。     

地震作用下大型渡槽动力响应分析研究

针对大型渡槽在地震作用下的结构响应问题,基于水工标准谱人工合成符合频谱关系的地震动,以豪斯纳尔(HOUNSER)理论简化槽内水体与槽壁的流固耦合作用,建立了大型渡槽流固耦合动力学分析模型,并以人工地震动和按比例法调整的ELCentro波作为输入,采用三维有限元及时程分析技术,对不同过水量下结构的动应力及动位移进行了计算分析.结果表明,人工地震动引起的响应比ELCentro波引起的大,同时得出不同过水量下槽体结构动应力及动位移的变化规律,为同类工程设计提供理论依据和参考.     

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。     

大型渡槽结构抗震分析研究

综合分析了渡槽震动特性的各种影响因素,探讨了采用大型有限元分析软件ANSYS中的不同单元对大型渡槽进行有限元离散的方法,并对南水北调某大型渡槽在天津宁河地震波激励下的时程反应进行了分析。结果表明:随着槽内水体质量的增大,渡槽结构整体质量增大,渡槽的各阶自振频率减小,符合物理概念;在该地震波激励下结构是安全的。     

大型多侧墙联体渡槽槽身多因素优化设计研究

为实现大流量、大跨径输水,南水北调工程中不少渡槽采用了多孔相连的多侧墙联体三维预应力矩形槽身.大宽度、大高度、大跨径特征使槽身在施工及运行期间将面临多种因素交互作用的考验,三"大"尺度的协调合理将是其安全设计的突出问题,如果只从某单一因素出发进行研究,将不足以反应其实际情况.将大型多侧墙联体矩形渡槽槽身整体视为具有纵横双向挠曲的空间变形相容结构,考虑施工运行期间的安全性、适用性要求,建立多因素约束条件(包括:输水能力、承载能力、中心变形、横向稳定、适筋破坏),利用复合形法进行寻优研究,所得结果为工程建设提供出了一些有益的启示.     

淘金河大型预应力拉杆拱渡槽结构变形及稳定性研究

淘金河渡槽是南水北调东线工程胶东地区调水工程中的一项大型关键性输水工程,渡槽采用了一种新型的渡槽结构形式--上承式预应力混凝土拉杆拱结构.其结构特性是:(1)肋拱和预应力混凝土拉杆组合形成自平衡受力体系,对槽墩不产生水平推力;(2)整体结构紧凑,支撑高度比下承式拉杆拱渡槽低;(3)不产生一般拱式渡槽的连拱效应,节省加强墩;(4)槽墩轻巧、施工方便、安全可靠,工程造价低.通过对上承式预应力拉杆拱渡槽支承结构稳定性的研究,得出了有益的结论.     

大型渡槽结构动力响应分析

现针对大型渡槽结构动力响应问题,考虑槽内水体与槽壁的相互作用,采用三维有限元及时程分析技术,建立了大型渡槽结构动力响应分析的力学模型,对不同过水量下结构的动应力及动位移进行了计算分析,得出不同过水量下槽体结构动应力及动位移的变化规律等结论,为同类工程设计提供理论依据和指导。     

大型渡槽结构振动特性分析研究

南水北调中线工程有大型渡槽几十座,其中大部分处于地震烈度较高地区,必须了解其振动特性,以分析渡槽的抗震性能。考虑了大型渡槽流固耦合作用、盆式支座影响以及拉杆作用等因素,利用大型有限元软件ANSYS,根据渡槽结构特点,采用板壳、实体、梁杆、弹簧、质子等单元建立南水北调中线工程某大型渡槽有限元整体模型,分析该渡槽运行期间的4种工况模态变化规律,所得结果为该大型渡槽的抗震设计提供依据。     

日照作用下箱型渡槽温度场与温度应力研究

分析了箱型渡槽产生日照温差的原因及影响,根据热传导方程和混凝土箱型渡槽边界条件,借助有限元分析软件ANSYS建立了二维模型,对箱型渡槽在两种特殊工况下有、无表面隔热措施时的温度场与温度应力进行了计算分析。计算结果表明,夏季高温工况下渡槽内外表面温差较大,导致其表面产生较大的温度应力,内表面容易产生裂缝;若对槽身外表面采取隔热措施,可有效地减小内外温差与温度应力,可确保渡槽夏季输水安全。     

多维度地震波作用下渡槽结构动力响应研究

通过研究渡槽结构在单向地震作用下的动力响应,利用附加质量法和流固耦合法研究渡槽结构在EL-Centro地震波不同分量下的动力响应。研究结果表明：不同地震波作用方向下,结构的动力响应不同。其中,顺槽向和横槽向地震响应较为显著,竖向最弱。对于各个方向上,水位对于结构动力响应的影响均较大,且不同的方法计算结果有所不同;研究方法同单向地震波作用。在二维地震波作用下,结构的动力响应明显强于一维地震波单独作用下的动力响应。     

矩形渡槽在寒潮作用下温度应力分析

渡槽受寒潮影响极易产生裂缝,对渡槽的安全生产造成较大威胁。通过渡槽在寒潮作用下温度变化的基本原理,以某次寒潮的温度变化分析了渡槽在无保温措施和有保温措施的温度应力变化情况。结果表明:随着混凝土强度的提高,温度应力逐渐增大,当强度稳定时,温度应力也趋于稳定;采用合适厚度的聚苯乙烯板和聚氨脂喷涂材料可有效减小渡槽表面的温度变化和温度应力。     

寒潮作用下U形渡槽温度应力分析

寒潮在渡槽表面产生较大的温度梯度,导致较大的温度应力,极易引起裂缝的产生,对渡槽的安全运行造成比较大的威胁。分析了渡槽在寒潮作用下温度变化的基本原理,并通过某次寒潮的温度变化分析了渡槽在无保温和有保温条件下温度和温度应力变化情况。计算结果表明：合理选择保温材料可有效减小渡槽表面温度变化及温度应力,对于安全运营具有重要意义。     

基于ANSYS的菩提寺矩形渡槽结构应力变形仿真分析

菩提寺矩形渡槽是四川省东风渠灌区的重要输水建筑物,其运行的安全性对灌区的正常运行具有重要影响.为了评估菩提寺矩形渡槽结构的安全状态,采用有限元软件AN-SYS,对该渡槽进行静动力三维有限元计算分析,研究不同运行工况下该渡槽结构的应力和变形特征.结果表明:①在静动力各工况条件下,渡槽结构横槽向和顺槽向的位移均不大,综合位...     

动水作用下大型渡槽结构有限条法地震反应分析

根据有限条法原理,把渡槽槽身划分为若干有限条,推导出渡槽槽身结构的单元刚度矩阵、质量矩阵的显示表达式.采用空间梁单元模拟渡槽支架,联接槽身和支架的支座采用弹性元件单元模拟;采用附加质量法考虑水体的动水作用;计算了大型渡槽结构在三种工况分别输入三种地震波作用下的时程响应.     

大型渡槽伸缩缝止水材料与结构研究

介绍了大型渡槽伸缩缝较宽、受温度影响产生的位移变形大的特点,分析了目前大型渡槽伸缩缝止水失败的原因,并结合大型渡槽伸缩缝的特点。提出了大流量渡槽伸缩缝止水材料和止水结构型式的选择。     

大型渡槽结构半主动变阻尼控制研究

在渡槽减震研究方面,结构主动变阻尼控制对于纵向地震输入下渡槽结构主动变阻尼控制的研究几乎为空白。根据结构振动控制的基本原理,建立了大型渡槽的动力分析模型及运动方程,采用限界Hrovat最优控制算法来调节变阻尼控制装置实现相应的控制力;并以南水北调某大型渡槽为例,对比计算了大型渡槽在无控、半主动控制和主动控制三种情况下的地震响应差异。结果表明:在跨间伸缩缝处安装主动变阻尼控制装置,中跨左右节点和跨中最大位移分别降低了31%、27%和30%,对槽身和墩顶的位移控制效果较好。主动变阻尼装置能提供与结构运动方向相反即阻止结构运动的控制力,能有效降低渡槽结构纵向地震响应,限界Hrovat最优控制算法能很好跟踪和实现目标主动最优控制力。