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。     

高海拔地区日照对箱式渡槽热力效应分布研究

为研究高海拔地区日照对箱式渡槽的热力效应分布特征,为箱式渡槽结构的设计和施工提供指导,根据热传导理论及水工渡槽的温度边界条件对某高海拔地区箱式渡槽利用ANSYS进行了日照辐射的热力分布仿真分析,得出其各壁板总体温度呈外高内低的二次曲线分布状态,壁板温度应力表现为外表面受压内表面受拉的分布状态,横向与竖向最大温度拉应力分别出现于顶板内侧与腹板内侧,最大温度压应力出现于顶板与腹板外侧,各壁板内外表面的温度应力呈先增后减趋势。因此,在进行箱式渡槽结构的设计和施工中通过配置温度钢筋、施加横向预应力或增加表面隔热措施来改善渡槽在日照作用下的热力分布状态,保证结构安全运行。     

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。     

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。     

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。     

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.     

温度荷载对预应力排水渡槽的影响

针对南水北调中线工程排水渡槽的工作特点,采用大型有限元软件对预应力排水渡槽结构进行瞬态温度场分析,进而计算出结构的瞬态应力场.计算结果表明:冬季温降空槽工况对排水渡槽纵向应力和横隔梁横向应力起控制作用,不考虑温度荷载时,顶梁产生最大纵向拉应力为0.37MPa,横隔梁下表面产生最大横向拉应力为0.8MPa,叠加冬季温降温度效应后,顶梁产生的最大拉应力为1.45MPa,横隔梁下表面产生最大横向拉应力为4MPa;夏季温升空槽工况对排水渡槽底板横向应力起控制作用,不考虑温度荷载时,底板下表面最大产生0.8MPa的横向拉应力,考虑夏季温升温度荷载时,底板下表面最大产生3.6MPa的横向拉应力.     

引洮工程封闭渡槽输水期间热力耦合分析

引洮工程位于甘肃省季节性冻土地区,基于甘肃引洮供水工程沿线封闭渡槽在全年正常输水运行时的环境温度条件,根据传热学及有限元基本理论,建立了寒区封闭渡槽热力耦合分析的有限元数值模型,对其全年正常运行过程中的温度及热应力分布规律进行了数值研究.结果表明:在全年正常输水运行条件下,引洮工程封闭渡槽在长期运行过程中由于水温和气温所造成的温差均能在渡槽截面的横向、竖向及纵向产生很大的拉应力,其值均超过了混凝土的抗拉强度(1.43 MPa),且全年大部分时间内渡槽壁面内外的温差都很大,在渡槽腹板和底板都将产生较大拉应力,因而存在一定的开裂风险,会在渡槽的长期运行中留下安全隐患,应引起设计、施工及运营部门的重视.     

渡槽运行期间受温度应力影响的稳定性分析

渡槽作为重要的输水建筑物,其运行期受温差影响所产生的温度应力对大型槽深混凝土结构的稳定性会带来严重威胁。为研究渡槽运行期所受水压、气温以及水温耦合条件下对混凝土结构稳定性的影响,以洺河渡槽为研究对象,通过物理试验得到的混凝土基本力学参数建立ANSYS三维有限元数值模型,研究渡槽结构在水压及温差作用的热流固耦合下的稳定性,揭示渡槽结构运行期温度、应力分布规律,并进行稳定性分析。结果表明:渡槽单受水压作用时,应力集中区域为边墙与底板交界位置。受温差与水压共同作用,水位较低时,温度应力对结构稳定性影响较大,顶部最大位移为5 mm;水位较高时,温度应力与水压共同作用导致边墙向外弯曲,顶部挠度可达5 mm;当气温高于水温时,边墙向内侧弯曲,顶部挠度最大达5.4 mm,但水位达到满槽时,受水压力影响,顶部挠度会减小1 mm。     

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。     

沙河涵洞式渡槽结构受力分析

采用有限单元法对沙河涵洞式渡槽结构在运行过程中的受力情况进行了计算,分析时考虑了渡槽结构目重、水荷载、河道扬压力、风载、人行荷载、温度荷载等10种计算工况.结果表明:在各种单荷载因素中,对沉降量影响较大的因素是结构自重和渡槽内水荷载,正常运行时温变荷载基本不影响结构的沉降量;涵洞式渡槽结构的最大拉应力发生在渡槽内跨中断面的侧墙与底板交接处,方向为环向;最大压应力发生在涵洞两竖墙之间中部的渡槽底板上,方向为纵向;其他部位的拉、压应力值都比较小.     

U形和矩形渡槽温度应力对比分析

目前国内对渡槽结构的温度应力分析较少,大部分温度分析借鉴于箱形梁桥的温度应力分析方法,但二者有较大的不同.结合U形和矩形渡槽的实际模型,采用三维有限元方法仿真分析了渡槽运行期温度场和应力场.结果表明:U形渡槽和矩形渡槽温度应力大体相当,U形渡槽最大应力产生在横截面方向,矩形渡槽最大应力产生在竖直向,冬季工况比夏季工况危险,应防止渡槽开裂.     

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。     

深圳水库大型渡槽的规划设计与施工

深圳水库渡槽长48m,是我国跨度最大的预应力钢筋混凝土渡槽,也是一座箱形简支梁渡槽和断面及过水流量最大的渡槽。对该渡槽的规划及结构方案进行了比较,介绍了渡槽的设计、施工及应力测试结果的分析,对大跨度、大流量渡槽的规划、设计与施工有一定的参考价值。     

湿度对薄壁渡槽受力变形的影响分析

混凝土力学特性受湿度影响,且存在湿胀特性。混凝土薄壁渡槽与水接触面积大,输水时间长,故其内部湿度变化会影响自身性能。基于Fick第二定律建立湿度扩散模型,应用物理试验率定了饱和湿度扩散系数。考虑到混凝土弹性模量随湿度的变化和湿胀效应,建立渡槽湿度场和应力场分析模型,以研究分析渡槽槽壁湿度不同扩散深度对渡槽变形及内力性能的影响规律。结果表明,随着输水时间延长,槽壁内湿度扩散深度沿厚度方向呈非均匀分布。湿度扩散深度会影响渡槽变形和应力分布。随湿度扩散深度增加,渡槽纵向挠度有所增加,横向变形有所减小,横向效应大于纵向影响程度。湿度增加使渡槽槽壁内侧压应力增大,外侧拉应力增大,这有利于渡槽结构整体安全,但不利于外侧抗裂。     

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。     

大型输水混凝土箱形渡槽设计与施工

现以深圳市供水网络干线工程跨越深圳水库的箱形渡槽为工程实例，介绍了大型输水渡槽在设计、施工过程中，采用预应力技术，成功地解决了大型钢筋混凝土箱形渡槽纵向应力大、易裂缝渗漏的难题，是我国水利工程渡槽建筑史上的一项新尝试，对长距离调水工程的设计、施工具有重要的技术借鉴意义。     

高地温引水隧洞衬砌结构温度应力现场监测与数值模拟

为研究高地温引水隧洞支护结构的受力特性,利用有限元数值模拟对现场监测成果进行了分析论证。结果表明,施工期由于温度差异,最大拉压应力量值均较小,最大拉、压应力分别在0.67、0.45 MPa左右;运行期由于过水温度较低,全断面产生拉应力,最大拉应力在3.5 MPa左右;检修期由于隧洞排水,温度回升,由运行期的拉应力开始逐渐转化为压应力,最大压应力在0.35 MPa左右。     

温变化对“U”形薄壁渡槽表面应力的影响分析

为了解气温变化对“U”形薄壁渡槽结构应力的影响程度及规律,在南水北调中线一期干线工程湍河渡槽的设计中,采用1〖DK（〗∶〖DK）〗1 物理模型试验与有限元数学模型计算相结合的方法,对结构的温度应力进行了研究。结果表明：当日变化温度为10℃时,渡槽表面的环向应力变化幅值约为0.8 MPa,纵向应力变化幅值约为1.0 MPa;渡槽在施工期的设计温度荷载可取3℃~4℃,若考虑温度骤降等极端天气,则要根据骤降值增加线性温差值。分析成果可为类似薄壁结构工程设计提供参考。      

二滩拱坝应力仿真及参数敏感性分析

本文基于已有的二滩拱坝温度荷载和材料参数反馈分析结果,对该坝运行期的应力状态进行了仿真分析。研究发现,坝面最大拉应力与气温密切相关并随季节周期性变化,冬季时下游面左右岸最大主应力分布明显呈不对称分布,左岸基本上以压应力为主,而右岸则出现较大拉应力区,最大值可达到2MPa以上。材料参数和温度荷载敏感性分析表明,冬季时下游坝面右岸出现的较大拉应力是由于大坝右岸基岩蚀变带和右 岸下游坝面温度偏低所共同造成的,但蚀变带弹模的变化对坝体应力的影响是局部的,不致于对大坝的安全运行产生不利影响。