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.     

渡槽结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应

针对渡槽结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应问题,以南水北调中线某渡槽为例,采用M法模拟桩周土体对桩的作用,采用基于Housner理论的弹簧质量模型模拟槽身与水体的相互作用,并利用三维有限元建立了渡槽结构在爆炸冲击荷载下的分析模型。利用时程分析法分别计算了渡槽结构在空槽、半槽水深、设计水深3种工况下,遭受爆炸冲击荷载时所产生的位移和应力。结果表明：槽身的最大位移响应和最大应力响应均大于槽墩的,槽身中部的最大拉应力响应大于槽身两端的,侧墙顶端和底板中部拉应力响应相对较大,而槽墩上部的最大位移响应和最大应力响应又大于槽墩下部的;在空槽时,槽身内最大拉应力和最大位移响应最大,此时对结构最为不利。     

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。     

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。     

南水北调中线工程某大型渡槽设计

南水北调中线总干渠渡槽设计过水流量大,通过经济技术指标比选,确定采用开口箱梁矩形槽型式,采取三向预应力设计。由于渡槽受力呈现较强的空间性,为了提高设计效率并便于复核,截面拟定和配置预应力时采用平面杆系对渡槽横向和纵向分别进行计算,然后用三维有限元法进行复核。复核阶段主要考虑了非线性温度荷载和侧向风荷载的影响。计算结果表明,各工况下,渡槽大部分部位为受压状态,局部拉应力亦控制在规范允许范围内。     

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。     

拱式渡槽结构受力性能三维有限元分析

拱式渡槽具有主拱圈主要承受轴向压力的特点而适于混凝土材料的承压性能,加之其造型美观而成为南水北调中线工程干渠左岸排水渡槽的可选结构形式。采用三维有限元方法,结合南水北调中线工程河北段干渠左岸排水渡槽结构设计,研究分析了各种荷载工况下渡槽主拱、矩形槽身纵墙和纵向大梁及底板等控制截面的应力分布规律,为工程设计提供了计算依据。     

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。     

南水北调中线兰河涵洞式渡槽结构有限元分析

为确保南水北调中线兰河涵洞式渡槽结构安全可靠,对其进行三维有限元分析。通过计算分析确定在不同工况下涵洞式渡槽关键部位的应力和变形,指出:应把满槽工况作为控制工况;正常运用情况下,渡槽底板(涵洞顶板)跨中、涵洞洞壁与渡槽底板相交处的上表面及涵洞薄边洞壁外侧上部贴角处中间的拉应力较大,相对而言是涵洞式渡槽整个结构的高应力区。     

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。     

复合土工膜在引黄闸防渗中的应用

涵闸底板与铺盖连接处易产生不均匀沉降,导致黏土防渗体破坏,危害涵闸及大堤安全。复合土工膜与黏土铺盖组合结构抵抗变形能力强,可作为闸室底板与闸前铺盖间防渗体。以山东杨集引黄闸为例,建立涵洞式水闸三维模型,在平衡地应力后,对闸室底板施加实测位移荷载,研究实际沉降条件下复合土工膜的应力变形规律。计算结果表明:复合土工膜最大应力均出现在底板底部拐角处,纵向最大拉应力为4.30 MPa,横向最大拉应力为3.54 MPa,小于土工膜的允许抗拉强度,可满足工程应用要求,其变形规律依附于闸基的沉降,纵向位移与闸基沉降基本相等。针对直角拐角处应力集中现象,可在横、纵向折叠铺设土工膜,以减小拉应力。     

温度变化对大型预应力混凝土倒虹吸结构受力的影响

预应力混凝土倒虹吸结构是一个受力状况复杂的大体积混凝土结构,在温度变化作用下,其应力状态难以确定。为此,运用三维有限元对倒虹吸结构进行了数值分析,确定其在无温度变化、最大温升、最大温降情况下9种工况的应力分布状态。结果表明,在各种设计工况荷载作用下,无温度变化时,预应力混凝土倒虹吸结构均没有产生拉应力;但在温度变化时,工况Ⅰ和工况Ⅲ均产生了较大的拉应力。其中,在温升情况下,工况Ⅰ底板下表面和工况Ⅲ顶板上表面产生拉应力大小分别为1.53 MPa和1.72 MPa;在温降情况下,工况Ⅰ边墙内侧、工况Ⅲ顶板下表面、工况Ⅲ底板上表面和工况Ⅲ边墙内侧产生拉应力大小分别为1.36MPa、1.77MPa、1.85MPa和1.65MPa。因此,温度变化对倒虹吸结构的影响是不容忽视的。     

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。     

预应力排水渡槽横断面受力研究

针对南水北调中线工程某典型预应力排水渡槽结构,采用三维有限元方法,研究了纵梁厚度、竖墙厚度、底板厚度变化对纵梁、横梁、底板和竖墙的受力及变形影响规律。结果表明:横梁下表面所受的横向拉应力随着纵梁厚度的增大而减小;纵、横梁竖向位移随着竖墙厚度的增大而减小;横梁下表面所受横向拉应力随着底板厚度的增大而减小。     

碳纤维布加固渡槽的优化设计

为探讨碳纤维布加固渡槽机理并确定最优加固方案,应用正交设计方法,以纤维布厚度、横向间距、条宽和弹模4个参数作为正交分析的4个因素,每个因素取3个水平,设计了9组加固处理方案,在满槽工况下,采用有限差分元进行数值计算。结果表明:碳纤维布能明显改善渡槽的拉应力分布,采用碳纤维布加固后,拉应力主要集中于碳纤维布附近,渡槽拉应力区范围明显减少;用碳纤维布加固后,渡槽最大竖向位移明显减小,且碳纤维布弹性模量对渡槽最大竖向变形影响最敏感;综合考虑渡槽变形和经济因素,碳纤维布加固渡槽的最优碳纤维布厚度为0.4 mm,最优间距为3 m,最优条宽为0.4 m,最优弹模为3×10~5 MPa。     

南水北调沙河渡槽预应力结构设计与配筋优化

南水北调中线沙河渡槽为预应力U形渡槽,采用结构力学法初步配制该渡槽预应力筋,在叠加温度荷载后用三维有限元法进行复核。当考虑到实测的钢绞线预应力损失后,槽身局部出现了拉应力,不符合相关规范要求。为此,通过减少底部纵向钢铰线,略微增加顶部纵向钢绞线,略微增大槽端部环向钢绞线间距,同时加密跨中环向钢绞线布置,使槽身在各工况下均不出现拉应力。上述优化措施,在仅增加很少工程量的情况下,确保了渡槽的安全及施工工期。     

沙河大型渡槽施工过程瞬态温度应力分析

建立U形渡槽和矩形渡槽仿真模型,分析了沙河大型渡槽施工期瞬态温度场和应力场,结果表明:U形槽冬季施工应力较大,最大应力发生在顺水流方向,而矩形槽夏季施工应力较大,最大应力发生在横截面方向;大型渡槽在施工期的温度应力不是很大,因此沙河渡槽在施工期间,可以不特殊考虑温度应力,只需采取常规的温控措施。     

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。     

农业灌区内某水库泄洪闸闸室结构静动力特征分析研究

针对某农业灌区泄洪闸闸室静、动力稳定性问题,利用ANSYS建立三维模型,并计算闸室结构在有水、无水工况下静力动力特征。研究了静力荷载下无水工况最大沉降位8.99cm,有水工况下相比降低了20.6%,无水工况下最大拉、压应力为1.56 MPa、2.46 MPa,有水工况下最大压应力降低了18.7%,最大拉应力为1.55MPa,拉应力均位于闸门槽处,两工况下为移与应力均满足静力荷载要求。获得了自振频率、反应谱值、自振周期分别与计算阶次之间关系,研究了各阶次下振型分布均以闸室底板中线为轴线对称式分布,高阶次下为多组合变形振型,低阶次下以平移、扭转等振动振型为主。分析了动力荷载作用下,有水工况下X向位移比无水工况高了近2个量级,有水工况下最大拉应力为1.59MPa,高于静力作用下拉应力,易对水闸造成失稳破坏,但该水闸动力荷载应力值仍处于安全允许范围。论文为研究水闸等水工结构静力、动力问题提供一定参考。     

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。 