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.     

基于遗传算法的沙河渡槽优化设计

对遗传算法进行了改进,分别研制了基于混合遗传算法的U形和矩形2种断面形式的渡槽结构优化设计程序.针对沙河渡槽进行了优化设计,分别得到了U形断面4、2槽和矩形断面4、2槽共4种槽型方案.优化结果表明,U形渡槽比矩形渡槽具有较明显的优势,如自重轻、受力条件好、应力集中现象不明显、温度应力较低等.其中矩形断面4槽方案已被委托单位采用,U形断面4槽方案被列为替换方案.     

U形和矩形混凝土渡槽温度应力对比分析

通过热-结构顺序耦合、三维有限元分析表明,U形和矩形渡槽温度应力大体相当,对于U形渡槽应注意横向应力,对于矩形渡槽应注意竖向应力.冬季工况下应采取适当的保温措施,注意应力超标,避免裂缝发生.     

大型矩形渡槽全程动态跟踪分析

采用大型有限元软件ANSYS,以双洎河矩形渡槽为研究对象,对其整体结构在施工期与运营期的应力、位移情况进行了分析,得出了槽身混凝土材料在不同受力阶段的力学行为变化规律,为今后类似渡槽的设计和施工提供了理论依据。     

大型预应力梁式渡槽应力变形监测与仿真分析

沙河渡槽是南水北调中线建设的关键性工程,采用预制吊装的U形梁式渡槽结构形式,体型巨大、受力情况复杂,其施工和运行的安全性对南水北调中线建设具有重要影响。通过渡槽监测方案设计,监测渡槽跨中截面底部纵向钢筋应力及渡槽应变值,考虑渡槽在1 a监测期内温度变化的影响。采用有限元法建立渡槽在施工期和运营期的有限元计算模型,将有限元计算结果与施工期渡槽纵向钢筋应力和渡槽应变的监测结果进行对比分析,验证有限元模型的正确性。利用有限元计算模型分析了渡槽在运营期应力和位移分布规律,给出了渡槽应力和位移的变化云图,研究了渡槽关键截面内表面的应力变化曲线。结果表明,运营期渡槽在纵向和环向预应力作用下内表面基本为压应力,满足抗裂设计要求;渡槽竖向变形很小,满足刚度设计要求;有限元仿真分析结果验证了渡槽结构设计和施工方案的合理性。     

大型涵洞式渡糟施工期温度场仿真分析

针对南水北调中线干线工程中汤河涵洞式渡槽施工期混凝土分期浇筑产生的温度变化,运用 大型有限元计算软件对施工过程温度场进行仿真模拟,得到了涵洞式渡槽在整个施工期温度场的时空 分布规律。计算结果并与现场实测数据进行对比分析,验证了混凝土浇筑施工期温度受结构尺寸影响 较大,即:尺寸越大,内部温升越大,在结构内部产生的水化热消散越缓慢。该成果对类似工程施工 期温度应力分析和温控具有一定借鉴意义。     

矩形渡槽施工期温度与应力模拟分析

结合某矩形渡槽的实际情况,采用三维有限元方法模拟渡槽浇筑过程,仿真分析了渡槽施工期温度场和应力场.结果表明:矩形渡槽槽壁较薄,温度场很快达到准稳定温度场;应力主要由内外部约束共同引起,应力值较大,应引起足够重视.     

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。     

大型“U”形薄壁渡槽安全监测及工作性态分析

为了检验"U"形渡槽工作性态,布置了较全面原型监测仪器。通过某"U"形渡槽施工期、充水试验期、通水运行初期安全监测与成果分析,证明"U"形渡槽槽体抗裂性和刚度较好,渡槽整体工作性态正常,也验证前期勘测与设计是合理的。同时,监测成果也反映出浇筑期间,薄壁渡槽槽体温度应力不容忽视,易形成初始应力,对结构安全不利,施工中进行措施控制是必要的。     

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。     

南水北调中线工程沙河梁式渡槽方案比较

沙河渡槽为黄河南控制工期的大型建筑物,为达到结构、施工、经济的最优组合,需进行多方面的方案比较。U型槽与矩形槽相比,水流条件较好,外形线条流畅、轻巧,同时U型槽为双向预应力,矩形槽为三向预应力,U槽预应力施工比矩形槽简单。从建筑工程投资看,U形槽亦优于矩形槽。从施工角度分析,架桥机预制可以减少占用河床时间,但需占用预制场地,虽费用较高,但可以保证工程质量,缩短施工工期。满堂支架施工立模支撑结构较大,对地基要求高,处理不当易引起施工挠度过大,影响结构安全。施工过程中不确定因素较多,施工质量不好保证。造槽机施工同样存在挠度问题,且需要较大的施工空间,增加工程量。     

南水北调沙河渡槽结构局部稳定性分析

为分析南水北调大型薄壁梁式渡槽在运行或施工期间槽身局部受压稳定性,采用半解析柱壳有限元法分析结构受压临界失稳应力。结果表明:临界失稳屈曲应力的影响因素包括槽顶翼缘宽度、壁厚、高宽比、高厚比,其中影响最大的因素是高厚比;就沙河梁式渡槽而言,其临界失稳应力远大于槽身混凝土的强度,即结构局部受压稳定且有较大的安全裕度。     

沙河渡槽预制架设方案及现浇脚手架方案比较

沙河渡槽位于河南省鲁山县,全长9000多m,按流量、跨度、重量、总长度等综合指标排名是目前世界上规模最大的渡槽工程。沙河渡槽槽身为U形结构,最大高度达9.60 m,施工难度与复杂性在国内外水利行业首屈一指。为了确保工程质量及施工进度,特进行沙河渡槽预制架设方案及现浇脚手架方案比选。综合两方案优缺点,建议采用沙河渡槽预制架设方案,首先是因为在严格按照规范、规程和标准进行设计及施工的前提下,采用沙河渡槽预制架设方案更能保证工程质量;其次是因为能确保施工安全,加快工程进度。     

沙河预应力矩形渡槽运营期有限元仿真分析

采用通用的有限元计算软件,对沙河预应力矩形渡槽进行了三维有限元分析。考虑了渡槽在运营过程中的8种组合工况,得出了渡槽结构中应力和位移的分布规律。为预应力矩形渡槽运营期的设计提供了一定的理沧依据。     

沙河渡槽槽身结构优化设计

以遗传算法为全局搜索方法,以混合离散变量的直接搜索与查点法为局部搜索方法,对遗传算法改进而形成了混合遗传算法。研制开发了基于混合遗传算法的渡槽结构优化设计程序。对于沙河渡槽进行了优化设计,得到了U形断面4槽、2槽和矩形断面4槽、2槽共4种槽型方案。从中确定U形断面4槽方案为最优方案,并被设计单位采用。优化结果表明：U形渡槽的经济性和安全性优越于矩形渡槽;遗传算法是一个很有推广应用价值的优化设计方法。     

大型预应力矩形薄壁梁式渡槽静动力分析

采用通用的有限元计算软件,对双洎河预应力矩形薄壁梁式渡槽进行了静动力分析。研究了渡槽在运营过程中4种计算工况下的应力、变形的变化规律。采用热-结构顺序耦合的分析方法,分析了夏季温差、冬季温差、检修和施工等工况下渡槽的温度应力分布规律。采用流固耦合理论对渡槽结构进行了动力特性分析,给出了不同水深下渡槽的自振频率和主振型。结果表明:渡槽在运营过程中,水压对渡槽的应力和变形影响巨大,风载、人行荷载和车载对渡槽的应力和变形影响较小;渡槽的局部温度应力较大;渡槽整体刚度较大,自振频率较大,水体对渡槽自振频率影响不大。     

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.     

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。     

预应力效应对渡槽动力特性影响分析

作为大型输水建筑物,渡槽的动力特性最能反映结构的整体力学性能和在空间力作用下变形的先后顺序。对有肋和无肋的矩形渡槽和U形渡槽不同预应力筋配置方式的动力特性进行了分析,结果表明:对于矩形渡槽,竖向预应力筋显著降低了结构整体刚度,矩形渡槽加肋可大幅提高结构的刚度;对于U形渡槽,环向预应力筋降低了结构的整体刚度。渡槽有很强的刚度,预应力不能改变振型出现的先后顺序。结合静动力分析结果,推荐使用U形渡槽。     

大型薄壁预应力U形槽原型充水试验分析

为了解大型预应力U形渡槽空间应力的分布状态与规律,对在建的南水北调中线沙河渡槽开展了原型结构充水试验研究。通过试验,监测各充水水位下槽体应力应变及结构变形,并与数模计算成果进行对比。分析表明,排除温度、混凝土徐变等非荷载因素影响后,各项目实测值与数模计算值吻合较好,表现出一致的规律性。同时,通过槽体充水试验,渡槽安全性得到验证,到达了设计预期的承载能力和抗裂能力。