船坞坞口变截面底板应力及沉降有限元分析

以江苏省某干船坞坞口为例,在考虑了翼墙与底板、底板与地基共同作用以及闸门对水平水压力的传递作用下,采用ABAQUS有限元软件对带翼墙船坞坞口底板进行了三维有限元模拟,分析了变截面底板的最大主应力、Tresca应力及底板沉降位移量。结果表明,闸门关闭时,闸门与翼墙连接处的最大拉应力大于混凝土的抗拉强度;闸门开启和闸门关闭时,船坞坞口底板变截面处的应力区别很大,变截面底板的最大主应力满足混凝土的抗拉强度,但Tresca应力在坞口变截面位置大于混凝土的抗剪强度,底板顶层与底层对应位置的Tresca应力分布基本一致(变截面除外);船坞坞口土体沉降位移较大。可见船坞闸门与翼墙连接处的最大拉应力、底板变截面处的Tresca应力及船坞坞口土体沉降位移应引起足够重视。     

厂顶挑流式水电站接缝问题研究

为探明厂顶挑流式水电站不同接缝处理方式对厂坝结构的影响,利用有限元法对厂坝接缝问题进行了仿真模拟和敏感性分析,探讨了不同接缝处理方式的利弊及填缝宽度对厂坝结构的影响。结果表明,全部连接对改善大坝受力状态更为有利,上分下连对厂房结构更为适合。对于上分下连的接缝方式,上部填缝宽度与大坝坝踵拉应力和顺河向位移呈正相关性关系,与厂房底板最大压应力和顺河向位移呈负相关性关系。研究结果可为工程设计提供参考依据。     

闸墩结构防裂方法探究分析

墩墙结构形式单薄,其混凝土温度裂缝问题一直备受关注。对此,分析了裂缝产生的原因和危害,提出把底板与部分墩墙一起浇筑、改变底板宽度两种方式以降低裂缝产生的可能性,结合三维有限单元法和温度应力仿真计算程序进行计算分析,得出底板与部分墩墙一起浇筑的方式可使闸墩底部拉应力更小,有利于防裂;底板宽度过大不利于防裂;同时通水冷却是增加安全裕度降低开裂风险的有效方式,对实际工程有一定的参考作用,因此要充分发挥其正面作用,避免其负面效果,以达到防裂的目的。     

深厚覆盖层地基溢洪道应力变形有限元分析

受地形、地质条件限制,金佛山水利枢纽溢洪道将建立在第四系覆盖层地基上,为了解覆盖层地基的变形对溢洪道结构安全的影响,采用邓肯E-v非线性模型和线弹性模型,对不同工况下溢洪道的应力变形进行了有限元分析,研究了溢洪道在垫层竣工、结构竣工和泄水运行期时的地基变形、结构应力分布及伸缩缝变形。结果表明,地基变形、溢洪道结构应力分布与伸缩缝变形等分布符合一般规律,其中地基最终沉降量绝大部分发生在溢洪道垫层施工和结构施工期间,均在覆盖层厚度大处沉降量大,故建议对覆盖层天然地基进行处理,以减小施工期间地基的沉降变形。     

砂砾石地基上水闸闸墩下局部灌浆效果及合理范围分析

水闸通常需要进行地基处理,以降低差异沉降和底板应力。根据水闸荷载集中在闸墩上的特点,提出了一种在闸墩下的砂砾石地基局部灌浆的处理方式。结合工程实例,通过有限元软件ABAQUS计算和比较地基局部灌浆前后闸底板的应力,该地基处理方式降低了底板应力。比较不同灌浆范围时闸底板的最大拉应力,发现当地基局部灌浆区域总宽度与闸室宽度的比值约为35%时,闸底板最大拉应力的降幅效果最好。     

深厚覆盖层地基高土石围堰应力变形分析

结合Midas/GTS有限元分析软件,以某大型水电站围堰工程为例,通过计算分析得出了深厚覆盖层地基高土石围堰在完建期和蓄水期两种工况下的应力变形特性。结果表明：在两种工况下,堰体垂直位移的方向均竖直向下,最大值发生在堰体底部;完建期堰体及堰基的水平位移呈现两种趋势,上游部分水平位移指向上游,下游部分水平位移指向下游,蓄水期堰体及堰基的水平位移均指向下游;堰体的大、小主应力分布基本均为压应力,并从堰面向堰内逐渐增大,最大值发生在堰体底部的防渗墙附近,在防渗墙周边应力较为集中、梯度相对较大。     

沙坪一级水电站泄洪闸三维有限元分析及配筋设计

沙坪一级水电站泄洪闸工作闸门总推力较大,泄洪闸闸墩采用预应力结构。为评价该预应力泄洪闸闸墩在施工和运行过程中的安全性,以^#3～^#4闸室为例,采用三维有限元方法进行静力计算,采用振型分解反应谱法进行动力计算,得出泄洪闸在不同工况下的位移应力结果。计算结果表明,沙坪一级水电站泄洪闸位移应力分布符合一般规律,预应力效果显著,结构布置合理。最后根据闸墩、锚块、底板在静力工况下的应力分布特点,确定受拉钢筋的布置方式,采用应力图形法分别计算泄洪闸各部位配筋量,为结构钢筋布置提供依据。     

Fluent软件在溢洪道泄流中的应用

运用Fluent软件采用标准k-ε紊流模型和VOF法追踪自由表面,模型进流边界按压力进口边界条件,采用UDF函数定义水流进口断面压强分布,对某水库溢洪道泄洪进行了三维数值模拟,得到了溢洪道泄流量、沿程水面线、底板压强及流速分布,计算值与试验值吻合较好。表明采用压力进口边界条件和UDF函数定义水流进口断面压强分布研究溢洪道泄流是可行的,可在泄水建筑物体形优化设计中广泛应用。     

不稳定围岩巷道综合加固技术研究

山西A矿围岩不稳定,主要是因为断层多,岩层软,支护措施强度不足。采用软件COMSOL进行巷道围岩应力分布模拟,模拟结果显示巷道最大应力为1.9×10⁸Pa。巷道加固措施为顶板采用锚喷+U型钢支护,底板为增加混凝土厚度,采取混凝土+网片支护措施。采取加固支护措施后,深部位移量减少了57%,浅部位移量减少了57%。研究结果对其他煤矿采取相关支护措施具有一定指导意义和现实意义。     

基础环埋深和法兰宽度对风机基础承载性状的影响

风力发电机的基础在外部荷载作用下承受巨大的弯矩作用,基础应力分布比较复杂,在基础环法兰附近存在应力集中问题。文章通过ABAQUS有限元对风机基础进行数值模拟,计算了基础环不同埋深和基础环下法兰不同宽度情况下的基础混凝土应力、钢筋应力和基础环位移等,讨论了基础环埋深和下法兰宽度对基础承载性状的影响,为风机基础设计提供参考。     

水垫塘反拱底板极限荷载非线性有限元计算

为分析水垫塘反拱底板的极限荷载及失稳模式,以某大型水电站在建拱坝为例,通过ANSYS软件,采用非线性有限元方法考虑不同拱块之间的摩擦接触效应及水荷载的随机性,分析不同位置若干拱块同时受径向荷载情况时的敏感性。计算发现单个拱块受径向荷载时中间拱块的极限荷载最大,向两边逐渐减小。中间拱块受径向荷载时底板的失稳模式相似,受力拱块沿径向拔出并带动两侧相邻拱块旋转,而边缘拱块受径向荷载时,边缘拱块自身会绕着一侧的拱块旋转;多个拱块受径向荷载时,受力拱块相邻的组合比拱块间隔的组合危险,若受径向荷载的拱块中有边缘拱块,边缘拱块会最先失稳。研究结果表明,中间部位拱块的极限荷载大于两边拱块的极限荷载,且由于反拱底板跨度较大,拱效应不明显,受力拱块位移破坏不会波及整个底板,只会影响到受力拱块相邻的拱块。研究成果可为工程实践提供参考。     

城市化对南明河水系的洪水影响

针对贵阳市城市化引起的城市防洪严峻的问题,基于1980~2015年贵阳市水文站的观测资料、南明河水系分布图和贵阳市溶洞、暗河实测资料,利用调洪演算法定量计算了贵阳市城市化前后的年最大流量与汇流历时,研究了城市化对南明河水系的洪水影响。结果表明,经城市化后汇流历时缩减10.07%~23.31%,相应的年最大流量增加15.86%~24.67%,典型洪水年年最大流量增幅与历时减幅明显高于非洪水年,暗河与溶洞在贵阳市城市化的进程中对南明河水系的洪水起到了削峰滞洪的作用,所以合理利用暗河与溶洞,削弱城市化对南明河水系的洪水影响迫在眉睫。     

锥形内肋管传热与流阻性能的数值模拟

根据纵向涡强化传热技术提出了新型的强化换热管——锥形内肋管,运用数值模拟方法,研究了新型强化换热管结构参数锥底宽度a、导程P、肋深e和Re数对Nu、沿程阻力系数f及传热综合因子η的影响。结果表明：换热管内壁面边缘处产生了较多的微小涡流,有效破坏了流动边界层,强化了传热。在充分湍流的条件下,流体Re越小、e越小,其综合传热性能越强。当Re<15 000时,a对η的影响要大于P;在过渡点后, P对η影响较大。通过综合传热性能分析,给出了适合不同Re区间的锥形内肋优化参数。     

糙条应用于弯段溢洪道内水力特性试验研究

为研究溢洪道弯段泄槽内布置糙条后的水力特性,选取槽内无糙条方案与布置糙条方案,从水深均匀度、横断面弗劳德数、凹凸岸水位三方面分析糙条对弯道水流的影响。结果表明,在淹没糙条的流量条件下,糙条的置入不仅可改善溢洪道横断面水深分布不均问题,还可缩短下游直线段距离;一定工况下,糙条可将溢洪道流态由急流转变为缓流;糙条对水流的控导作用将弯道底部水流由凸岸强迫导向凹岸,不仅消减水面横比降,还可抑制水流冲击波。     

立洲水电站运行期调压井应力应变分析

为了解立洲水电站调压井应力应变情况,采用三维弹塑性损伤有限元法计算了正常运行工况、检修工况时的调压井同一高程处、不同高程处的应力应变数值,发现正常运行工况时的应力应变幅度大于检修工况。同一高程处调压井周边最大主应力为压应力,最大主应力值基本相等,呈对称均匀分布状态;随着高程的降低,调压井上游侧的最大主应力呈增大趋势,且在高程2 025～2 125m处检修工况下的最大主应力大于正常运行工况。在正常运行工况时同一高程处调压室周边最小主应力为拉应力,在检修工况时井筒中下部为拉应力、上部则为压应力,最小主应力值基本相等,呈对称均匀分布状态;随着调压井高程的降低,调压井上游侧的最小主应力呈增大趋势,检修工况下的最小主应力变幅极小。阻抗板上部应力分布较为复杂。同一高程井筒周围各点水平向位移量、沉降量基本相同,随着高程的降低水平位移量、沉降量逐渐增大,但检修工况下的水平位移及沉降变幅很小。计算结果表明,调压井外水压力对调压井衬砌结构的应力、变形影响均小于内水压力作用工况,因此在进行调压井配筋设计时应将内水压力作用下的正常运行工况作为控制工况。     

基于Mooney-Rivlin模型的充水式橡胶坝工作性态研究

鉴于坝高、内压比是橡胶坝最重要的参数,考虑材料非线性和几何非线性,基于Mooney-Rivlin模型,建立了不同坝高、内压比的橡胶坝有限元模型,计算其应力和位移,分析了坝高、内压比对橡胶坝工作性态的影响。结果表明,在设计工况下,坝体最大应力位于坝袋与底板锚固处,最大位移位于坝顶偏下游侧;坝高越高、内压比越大,坝体最大有效应力及最大位移也越大。可见在满足需要的情况下,应选择较小的内压比及较低的坝高。     

倾斜底板角度对侧向挑入消力池的岸边溢洪道的影响

针对岸边溢洪道从侧面挑入与之平行布置的已有消力池来消能的布置形式,采用数值模拟方法研究了不同倾斜底板角度及挑坎与消力池间高差的溢洪道水力特性及消力池内的水流流态等。结果表明,随着挑坎底板倾角的逐渐增大,水舌左支流量逐渐减小,右支流量逐渐增大,挑坎所受最大压强与挑坎内最大水深均逐渐减小;消力池底板最大压强逐渐增大,但最大冲击点位置逐渐向消力池右侧及上游区域移动,即消力池左侧边墙与尾坎逐渐不受冲。     

基于扩展有限元法的重力坝水力劈裂分析

利用扩展有限元法模拟裂纹扩展的优势,考虑裂纹面上水压力的作用,给出了重力坝裂纹水力劈裂问题的有限元实现方法,对重力坝裂纹水力劈裂进行数值模拟分析。计算结果表明,考虑水力劈裂作用的裂纹尖端周围应力集中更加明显,且不考虑水力劈裂作用的最大裂宽、坝顶最大位移及坝踵位移均小于考虑水力劈裂作用的相应位移。     

基于Solidworks的三岔形岔管有限元分析及优化设计

以辽宁省某输水工程沿线隧洞进口设置的三岔形岔管为例,采用Solidworks软件中的Solidworks Simulation模块对岔管进行了有限元分析与计算,提出了更为合理的三岔形钢岔管体型。结果表明,增加梁的内伸宽度、截面高度、厚度均可降低梁和管壳的应力,其中梁本身的应力降低效果比管壳明显;拉杆附近的管壳位移最大且集中;管壳与加强梁连接处应力较高且集中,尤其是靠近拉杆和U梁水平中线附近;对于对称式三岔形岔管,在一定的内水压力作用下,腰梁的应力均值大于U梁,主管的应力均值大于支管;对于自流式长距离输水工程而言,为减小水头损失,岔管的加强梁应与管壳内部大致平齐。