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。     

克孜河渡槽运行期温度应力耦合分析

渡槽在运行期由于外界环境变化会引起渡槽内部的温度应力变化.新疆克孜河渡槽位于新疆南部地区,日照时间长且日照充足,渡槽水多为融雪水温度较低这样造成了渡槽内外温度梯度较大,运行期环境变化较大,温度应力问题是其较为重要的问题之一.本文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,最终达到在渡槽运行期间有效防裂的目的,为今后渡槽设计提供设计参考.     

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。     

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。     

新疆某干渠预应力渡槽有限元仿真静力分析

以新疆某大型预应力渡槽为研究对象,应用有限元计算软件模拟了预应力渡槽在完建期和运行期的位移和应力情况,通过在槽身底部和侧墙布置肋梁,能够有效提高槽身抗变形能力,经过计算,该渡槽可满足完建期整个槽身不出现拉应力,运行期渡槽底部拉应力小于混凝土的抗拉强度,但支座处局部出现应力集中现象,应当在支座处加密配筋达到抗裂要求。其计算成果可供实际工程设计时参考。     

洺河渡槽的结构安全状态仿真分析研究

渡槽结构在运营过程中受到损伤后将严重影响结构的承载力及耐久性。因此,为了保证结构的安全性、完整性和耐久性,需采用有效的手段对结构进行健康状态诊断。针对南水北调洺河渡槽12^#—16^#跨渡槽槽身混凝土出现空鼓、裂缝等情况,采用渡槽整体有限元模型,进行原有设计状态下的安全复核,复核结果为槽身内壁应力状态满足相关技术规定,外壁应力状态满足设计要求,有效地评估了渡槽结构设计的安全性,同时分析了渡槽结构安全状态,为后期管理单位的维修加固和运维管理提供指导。     

克孜河南岸干渠跨河渡槽施工期 温度应力耦合有限元分析

针对新疆克孜河南岸干渠跨河渡槽处于高寒区,存在昼夜温差大、大流量、施工难度高的特点,通过三维有限元软件建立渡槽实体模型,模拟渡槽在施工期水泥水化热和外界气温变化而导致的渡槽内部混凝土的温度应力及环境温度变化,以及在温度骤然下降的情况下的渡槽内外温差应力分布规律。结果表明,施工期不采取任何保温措施会导致渡槽槽身温度应力随时超出允许范围,采取保温措施后,渡槽超范围温度应力消失,最终达到渡槽施工期间的防裂效果。     

南水北调中线洺河渡槽运行期温度影响及对策

洺河渡槽槽身设计采用三槽一联大跨度预应力钢筋混凝土结构,渡槽接近正南北走向,夏季受太阳辐射影响,槽身侧墙表面升温较高,而太阳辐射对槽内水体的影响则不大,造成槽身结构内外较大温差,使槽身横向结构产生较大的温度应力.文章对各种条件下的温度影响进行了分析,结合槽身结构耐久性要求,提出采用保温防水材料,消减太阳辐射升温的影响,使槽身迎水结构的设计满足一类全预应力的要求.并根据温度场的分布特点,对工程运行管理提出指导性意见,从而保证结构的运行安全和耐久性要求.     

南水北调中线工程沙河渡槽充水试验研究

为检验南水北调中线总干渠沙河渡槽结构质量、安全情况,按照预定方案开展了全段渡槽充水试验工作。试验共发现槽身裂缝、止水缝、施工缝及螺栓孔四类质量问题造成的渡槽质量缺陷72处,总体上混凝土施工与止水安装质量较好,发现的质量缺陷不影响工程结构安全,对其进行混凝土灌浆和表面封闭处理后,渡槽结构能够满足正常使用要求。充水试验期间,对渡槽变形及应力应变进行了全面监测,最大挠度2.90 mm,最大沉降量18.72 mm,最大沉降差5.53mm;沙河渡槽预应力槽身结构在各工况下均处于受压状态,普通钢筋混凝土槽身结构应力应变均在允许范围内。充水试验证明,沙河渡槽整体结构安全稳定,在各设计工况下均处于平稳运行状态。     

混凝土箱形渡槽日照高温下结构安全研究

在分析箱形渡槽产生日照温差及温度应力的基础,利用ANSYS有限元软件对某渡槽日照温差及温度应力进行了有效的仿真模拟,结果表明:日照温差作用下,在混凝土箱形渡槽槽身内表面无论沿纵向和横向都将产生可观的温度应力,其值均已超过混凝土的抗拉设计强度。所以,在箱形渡槽槽身结构设计中对日照温差作用产生的温度应力必须予以重视,在设计中应配置适当的温度钢筋。     

冬季运行期矩形渡槽温度应力分布规律研究

为研究冬季降温运行期矩形渡槽的温度应力分布变化规律,根据热传导理论及水工渡槽的温度边界条件,建立了北方地区某简支封闭矩形渡槽的有限元模型,并对冬季运行期温度应力分布规律进行分析研究。结果显示:渡槽在冬季降温运行时,沿板壁厚度方向的温度梯度外大内小,内外温差为二次曲线分布;温度应力总体呈现外拉内压的分布状态,各板壁的内外表面在不同时刻出现最大压应力和拉应力,同时板壁最大压应力较最大拉应力具有一定的滞后性;板壁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。可见在设计矩形渡槽时,必须重视环境温度作用对结构的影响,通过配置温度钢筋、施加横向预应力、棱角部位设置倒角和增加表面保温等措施来减小温度应力,增强结构的安全性和耐久性。     

南水北调涵洞式矩形渡槽运营期有限元仿真分析

采用结构优化设计方法,借助三维有限元分析软件ANSYS,针对大型涵洞式矩形渡槽结构方案,建立了渡槽的有限元模型,考虑了渡槽在运营过程中的10种工况组合,通过计算和实验数据进行分析,对比这些方案和模型的原理、方法、结果及其在实际工程应用中存在的问题,得出不同过水量下槽体结构应力及位移的变化规律等结论,计算结果具有较好的精度,满足工程要求,为同类预应力矩形渡槽的设计提供理论依据和指导。     

渡槽水体的热交换及水温和含冰率的时空变化

渡槽是一种高架空中的输水建筑物,冰期易于形成产冰场,可能导致下游发生冰塞灾害。考虑渡槽外壁与大气的热交换,包括太阳辐射、外壁和大气的长波辐射、地表的长波辐射和反射及对流等因素,提出了渡槽外壁温度及水体与渡槽热交换的计算模型。建立了冰期渡槽水温时空变化的一维数学模型,采用特征线方法得出水温随时间和离开渡槽进口距离的增加呈指数规律变化的重要结论。在此基础上,导出了渡槽含冰率与负水温成正比的理论公式。算例表明,如果忽视水体与渡槽的热交换,则可能导致计算冰情远远偏离实际情况的结果。     

高强度混凝土渡槽夏季施工防裂措施研究

高强度混凝土渡槽结构承载能力高,但水化放热量也大,在夏季浇筑时混凝土温控防裂难度较大.采用非稳定温度场及应力场的有限元计算方法,对夏季施工的典型渡槽结构进行了施工过程的仿真计算.根据不同工况的温度场和应力场计算结果,分析了易裂部位的开裂原因,提出了相应的水管冷却和表面保温措施,可为类似高强度混凝土结构的设计和施工提供有...     

沙河渡槽施工期温度场分析

根据热传导理论,对渡槽槽身在蒸汽养护条件下施工期的温度场进行了分析。结果表明:预养期,混凝土内外温差相对较小,且混凝土弹性模量较小,槽身不会产生较大的温度应力;升温期,混凝土温差多为外层温度高于内部温度,主要产生压应力,可适当放宽该时段温差要求;恒温期,受水化热影响内部温度继续上升,内外温差逐渐减小,一般由负温差转为正温差,有些工况会出现温差进一步加大现象,大多数工况都能满足15℃温差限值的要求;降温期,降温结束后混凝土内外温差不能满足15℃限值的要求,降温期混凝土外层会产生较大的拉应力,因此应采用较慢的降温速度,并且应延长混凝土在蒸汽养护蓬中的静置时间。     

南水北调洺河渡槽施工期温控防裂仿真计算

南水北调中线洺河渡槽工程采用C50高性能混凝土,发热速度快,发热量高。对于槽身底板、侧墙、纵梁和横梁等薄壁结构来说,在浇筑早期容易产生表面裂缝,并可能进而发展成为贯穿性裂缝。另外,由于渡槽分两层浇筑,当上层新浇侧墙混凝土温度下降时,受老混凝土约束,容易产生贯穿性裂缝。利用仿真计算遴选不同月份施工时渡槽混凝土的温控措施及温度控制指标,以便反馈设计和指导施工,达到渡槽混凝土施工期防裂的目的,并可为类似工程提供参考。     

预应力混凝土渡槽温度影响及设计研究

结合南水北调中线工程左岸排水预应力混凝土渡槽结构设计,针对渡槽太阳暴晒温差变化剧烈、长年处于无水状态、洪水期过流历时短且流量变化大等特点,提出了左岸排水预应力混凝土渡槽结构的设计思路。同时根据三维有限元数值模拟计算结果,对比分析各荷载工况下渡槽的受力分布规律,进一步明确了温度效应已成为排水渡槽结构设计中不可忽略的重要因素之一,验证了渡槽设计思路的合理性、有效性。研究成果对同类结构的设计与施工具有重要的工程参考价值。     

沙牌碾压混凝土拱坝结构分缝设计研究

沙牌碾压混凝土拱坝高 130m ,具有混凝土工程量大、全年施工、坝体应力水平高、温控措施简单等特点。由于碾压混凝土在施工期的水化热温升要影响拱坝的最终应力状态 ,坝体可因温降收缩而产生贯穿性裂缝 ,从而影响拱坝的整体稳定性 ,因此 ,降低温度作用对坝体的不利影响 ,选择适合碾压混凝土施工的坝体结构分缝设计 ,对高碾压混凝土拱坝设计尤其关键。本文主要介绍沙牌拱坝在这方面的设计研究成果     

箱形渡槽越冬期间表面保温能力计算

对于寒冷地区的混凝土结构,常采用表面保温措施来防止裂缝的产生.根据朱伯芳院士提出的计算公式进行理论分析,以引洮工程柳林沟渡槽为例,分别计算不保温、采用3和5 cm厚的聚氨酯保温板3种情况下的温度变化和温度应力,并分析不同厚度保温层的保温效果.计算结果表明:箱形渡槽在越冬期间降温快,会产生可观的温度应力,需要选用合适厚度的保温材料来减小槽身表面和棱角处的温度变化和温度应力,避免槽身产生裂缝,从而影响槽身结构的整体性和稳定性.