水电站预应力闸墩锚块设置次锚索参数优化数值模拟研究

预应力闸墩的结构设计研究对保证闸墩的运行安全具有重要意义.文章以赵家堡子水电站溢流坝闸墩为例,研究了预应力闸墩锚块设置次锚索的价值,并对次锚索的参数进行了优化研究.结果显示,设置次锚索对改善锚块内部应力具有显著作用.结合受力分析结果和工程的经济性,建议在锚块B-B断面和C-C断面之间以及D-D断面和下游面之间分别布置一单排3束的次锚索,其永存吨位为1800kN,超张拉吨位为2100kN.     

基于仿真计算下泄洪闸结构设计研究

为研究枢纽工程闸墩设计安全性,利用COMSOL仿真软件计算分析了闸墩与锚索锚块的两种连接方式差异性、锚索锚固洞设计参数优化。蓄水期闸墩颈部均会出现拉应力,完建期闸墩颈部两侧边缘剖面最大压应力一致;分离式连接方案最大拉应力相比整体式方案降低了41.4%,分离式设计可显著削弱蓄水期对闸墩颈部张拉受力破坏影响。锚块下游面在完建期、蓄水期均会产生拉应力,而分离式方案锚块下游面在两工况中的最大拉、压应力相比整体式方案均有一定程度下降,分离式连接方案有助于提升闸墩安全稳定性运营。锚固洞截面与下游面夹角愈小,愈有利于闸墩安全稳定,以A方案三点弧形截面为最佳;除空腔上游面外,锚固洞其他切面上最大拉应力均随空腔下游面夹角呈递增态势。四种不同截面体型方案中除锚块顶面外,其他切面上完建期工况最大拉应力总低于蓄水期,锚块底面A方案中两工况之间差幅达63.3%。论文可为农田水利枢纽工程中水闸等水工结构的安全设计优化分析提供一定参考。     

基于ANSYS对丰满水电站重建工程溢流坝预应力闸墩优化方案的研究

应用大型结构计算软件ANSYS,对丰满重建工程溢流坝预应力闸墩进行三维有限元模拟计算与分析。通过从锚索吨位、次锚索位置、空腔措施、锚块尺寸以及锚块底部与闸墩接触方式等方面开展研究,对预应力闸墩进行优化分析,从而改善闸墩的受力状态,提高预应力效果。同时为有关预应力闸墩研究提供了参考依据。     

构皮滩拱坝中孔预应力闸墩优化设计研究

为优化构皮滩拱坝中孔预应力闸墩锚索永存张拉吨位,首先采用方案优选的方法确定主次锚索永存张拉吨位组合,但优选结果拉锚系数偏大,再对闸墩体型进行优化,然后采用基于参数化有限元的ANSYS优化设计模块对主次锚索永存张拉吨位进行优化,优化结果满足应力控制要求,降低了拉锚系数。     

静动力荷载工况下水利枢纽工程中闸墩及锚索结构应力特征研究

为研究水电站枢纽工程闸墩与锚索结构在不同工况下应力特征,利用仿真计算平台获得静力与地震动力荷载下水工结构应力分布特征。静力工况下,闸墩最大拉应力以顶面、下游面较显著,而闸墩颈部以受压为主;锚固洞顶、底面最大拉应力均以Y向最大,且超过材料安全允许值,锚固洞顶、侧面受拉较小,最大拉应力仅为0.7 MPa,下游面处于受压。地震动荷载工况下,闸墩底部拉应力为最大,蓄水位愈高,则底面拉应力愈大,其中B方案相比A方案增大6.6倍;锚固洞最大拉、压应力分别位于下游面与锚块侧面;抗震设计应注重张拉预应力防护部位的配筋加固。研究结果可为水利枢纽工程中闸墩以及预应力锚索应力状态设计提供一定参考。     

基于心形线特性的锚固洞体型优化研究

针对预留锚固洞对拉锚索的锚固方式,传统梯形锚固洞周围拉应力过大的问题,以某工程预应力闸墩中墩为研究对象,建立三维有限元模型,根据心形曲线的几何特性,提出了心形锚固洞体型,在不同的荷载组合下,对梯形和心形锚固洞进行了对比分析,并对其设计参数做了深入研究。结果表明:心形锚固洞与传统梯形锚固洞相比,周围拉应力明显降低,受力情况更好;将心形锚固洞上游曲面改为铅直面,能有效控制锚固洞体积,且在满足施工情况下,可尽量靠近下游面中心;心形锚固洞顶面与下游面交线到顶层锚索中心距离取1. 5～2. 0m,底面与下游面交线到底层锚索中心距离取1. 2～1. 5m,较为合理。     

某泄洪排沙闸预应力边墩有限元计算分析

采用三维有限元方法,在不同荷载组合下,计算分析了预应力边墩在不对称荷载作用下闸墩颈部、锚块等关键部位的应力分布规律.结果显示:施加预应力可以解决承受大吨位弧门推力边墩的高拉应力状态;锚块受力基本合理,只在空腔前后出现较大拉应力,应根据结构受力状态进行配筋;闸墩的高拉应力区主要分布于闸墩颈部,但拉应力较小,能够满足预应力混凝土结构对拉应力的要求,闸墩结构安全.     

水电工程预应力闸墩新型扁孔式锚块结构设计技术探讨

中国水电工程预应力闸墩结构设计中,为降低拉锚系数,出现了多种锚块形式及锚索布置形式。文章从便于施工、易于保证混凝土施工质量等因素出发,提出了颈部预留扁孔式锚块结构,在锚索布置方面认为主锚索在立面及平面上均采用平行布置形式,既方便施工又可满足结构安全要求,并初步形成了一套包含预应力锚索吨位设计的预应力闸墩研究方法。     

预应力闸墩结构体系优化设计分析

为确保预应力闸墩结构的正常安全运行,有必要对其应力和变形性态进行了解和把握,并在此基础上进行优化分析,以节约成本,改善结构性能。结合某水电站溢流坝预应力中墩结构,运用大型有限元分析软件ANSYS对其进行了三维线弹性计算,重点分析了各典型工况下闸墩关键部位的受力情况。通过不同荷载对闸墩颈部受力的影响分析可知,闸墩主要受自重、弧门推力及锚索预应力作用。通过对两种锚块混凝土强度C35和C40的计算分析可知,单纯提高锚块混凝土强度对于改善闸墩颈部受力效果不明显。通过对锚块底部与闸墩采用整体式连接和分离式连接两种方案进行对比计算可知,分离式连接对于正常蓄水双侧弧门关闭工况下颈部的受力比较有利,但对于单侧弧门推力作用工况则不利。     

江坪河坝溢洪道预应力中墩应力分布特性

基于线弹性三维有限元方法,对江坪河水电站溢洪道控制段中墩进行了整体空间应力与变形分析,得到了其典型工况下的应力与位移分布规律.根据有限元计算结果,评价了中墩混凝土结构的预应力效果,最后探讨了锚块底部与相应闸墩顶面两种不同接触方式对结果的影响.结果表明:位移峰值出现在闸墩顶部;锚块耳朵、门槽底部、预留平孔处容易出现较大拉应力,但作用范围不大;中墩预应力效果明显;预留平孔周边应力具有局部特性;分离式模型和整体式模型计算的结果相差不大     

高拱坝深底孔出口悬臂结构的敏感性分析

为探究高拱坝深底孔出口悬臂结构的影响因素,通过四种设计方案,分别研究闸墩厚度、支铰大梁高度、弧门推力位置以及预应力锚索对底孔出口悬臂结构关键部位应力的影响。采用ANSYS有限元分析法,建立高拱坝深底孔有限元模型,选取坝体在正常蓄水位时的运行工况进行计算。结果表明,对于100 m级以上高拱坝深底孔悬臂结构,当底孔出口悬臂结构大于25 m时,在其关键部位会产生较大的拉应力。因此,建议通过在闸墩布置预应力锚索和调整闸墩厚度来减少闸墩与坝下游面相交处的拉应力,通过在支铰大梁两侧布置预应力锚索和增大支铰大梁高度来减小闸墩内侧与大梁相交处的拉应力。该研究结果可以为降低高拱坝深底孔出口悬臂结构关键部位或者相类似悬臂结构的应力提供一定参考。     

新型锚块在预应力闸墩设计中的研究与应用

蒲石河抽水蓄能电站下水库泄洪排沙闸工作闸门单墩承受最大推力为34 000 kN,推力较大,预应力闸墩采用空腔式新型锚块可以有效降低吨锚比,改善结构应力条件,节省工程量。应用ANSYS有限元分析程序对预应力闸墩进行数字仿真模拟,确定锚块及空腔尺寸、锚束位置及吨位,并通过物理力学模型试验,对重要部位进行应力检测,验证数学模型结果的可靠性。     

溪洛渡拱坝泄水深孔应力分析

溪洛渡双曲拱坝坝身共布置7个表孔,8个深孔,以及10个导流底孔。其中深孔孔口尺寸为6m×6．7m,泄水水头高105m,深孔出口处闸墩最大悬臂长达24．87m,闸墩最小厚度为3．5m,支撑大梁尺寸为8．0m×7．0m×5．0m（长×宽×高）,另外出口处弧门推力巨大,单孔弧门推力最高达82857kN,其应力应变状态极为复杂。采用三维有限元法对溪洛渡拱坝建立精细整体模型,对深孔部位进行应力分析研究。分析表明：溪洛渡拱坝闸墩预应力吨位和布置合理,表现在深孔孔口应力在进口段、孔身以及出口段可以满足设计应力要求;对于工况三（正常蓄水＋温降＋弧门挡水）大坝运行时,支铰大梁和闸墩下游端部出现拉应力最大极值,拉应力分别为3．0MPa和2．6MPa,但是分布范围有限,可以通过适当配筋满足设计要求。另外,文中还与二滩拱坝中孔孔口应力进行了类比分析,结果表明溪洛渡深孔孔口应力与二滩中孔类似,孔口角缘压应力存在偏压现象,但由于溪洛渡拱坝孔口周围温降荷载小,使得溪洛渡孔口内壁拉应力极值小于二滩。     

MARC软件在溢洪道预应力闸墩结构分析中的运用

糯扎渡水电站溢洪道最大泄量31318m3/s,为国内排名第一、世界第四;泄洪水头182m,泄洪功率55860MW,均为世界第一位。闸门控制段设置8孔15m×20m(宽×高)弧形闸门,闸墩厚4.5m,最大弧门推力达38510kN,设计采用预应力混凝土结构。在结构分析时,运用了MSC公司的MARC软件对闸门运行的各种工况进行了分析,得出了相应的结构应力成果。文章详细介绍了预应力闸墩有限元分析过程及应力计算成果。     

糯扎渡新型预应力闸墩工作性态研究

糯扎渡水电站溢洪道最大泄量31318 m3/s,为国内排名第一、世界第四;泄洪水头182 m,泄洪功率55860 MW,均为世界第一位。闸室控制段共设8个15 m×20 m(宽×高)表孔,每孔均设检修门和弧形工作闸门,中墩厚4.5 m,最大弧门推力达38216 kN,设计采用预应力混凝土结构。文章采用ANSYS有限元软件对新型预应力闸门运行的各种工况进行了分析研究,得出了相应的结构变形和应力成果。     

秀山大桥重力锚支墩基础及锚块荷载分担比研究

秀山大桥重力锚支墩基础与锚块各自分开,地基与基础荷载分担比较为复杂,为研究锚碇系统各部位承载分担比和失稳模式,依托秀山大桥重力锚,建立锚碇、支墩桩基与地基相互作用的三维有限差分模型,以0.5P(P为缆索拉拔设计荷载,P=132 MN)为递增荷载进行极限加载模拟研究。结果表明:在(1~2)P时,锚块底板、锚块前端岩体、支墩基础、锚块侧边承担水平荷载平均占比为64%,23%,6%,7%;缆索荷载达到2.5P时,锚-岩接触面不均匀剪力引起锚块底部岩体拉伸破坏;支墩桩基达到极限承载力时的缆索荷载为3.5P,其破坏形式近似于单轴压缩破坏;随着荷载继续增大,锚块底板接触面逐渐张开,其承担水平荷载向锚前端岩体转移。研究成果为重力式锚碇的结构设计、地基加固及极限承载力分析提供了参考。     

开槽预应力闸墩应力集中特性研究

为了较好地分析开槽预应力闸墩槽附近的应力集中问题,采用有限元结构分析软件模拟了某大型水电站在施工期和运行期不同荷载组合作用下的受力情况。通过改变预留槽的位置及大小,分析闸墩的应力分布状况。最后,从弹性力学的角度,应用复变函数法对孔口附近的应力分布情况进行计算,并将变化规律与开槽预应力闸墩的应力集中情况进行了分析对比。研究结果表明,预应力闸墩因开槽而引起应力集中可以被充分利用,不仅可以提高预应力锚索的预压效果,还可以通过改善预压应力的传力路径,使其传到更为有效的部位。