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。     

某大型预应力U形薄壁梁式渡槽结构受力分析

采用通用的有限单元计算软件,对沙河预应力U形薄壁梁式渡槽进行了受力分析。结果表明:U形截面渡槽由于槽身光滑、平顺,因此槽身应力分布均匀,拉应力值较低;人行荷载和风载对渡槽的位移和应力影响很小,在设计水位作用下,槽身结构的竖向位移比空槽大近1倍,说明水荷载对渡槽有巨大影响。     

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。     

基于有限元法的渡槽排架结构性态分析

针对我国西北寒旱灌区的渡槽基础和排架易在高矿化度地下水侵蚀和冻融交替作用下出现建筑物结构稳定性和整体性态衰退的问题,采用大型数值分析软件ANSYS对受侵蚀前后渡槽排架的结构进行了计算和分析,探索渡槽在不同工况下的应力和变形规律。分析结果表明:在只有竖向荷载的情况下,侵蚀前后渡槽结构变形分布规律基本相同。x向位移最大值均出现在渡槽两端上部区域,y向变形以跨中区域最为明显,z向以渡槽排架的顶部附近变形最为明显。     

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。     

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。     

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.     

带横杆多纵梁式矩形渡槽结构内力分析

结合交口灌区总干渠跨相排干沟渡槽设计实例,考虑槽身横向和纵向结构变形协调,横向结构底部弹性支承在各纵梁上,应用实用空间法对带横杆多纵梁式矩形渡槽槽身结构进行内力计算,分析了横杆及主梁刚度对结构内力影响。结果表明:增加横杆使横梁跨中弯矩减少,但使侧肋弯矩增大,横杆使横向结构内力分布更加均匀,常常被称作拉杆的横杆,实际上受到压应力作用;随着纵梁刚度增大,渡槽竖向变形减小,横向结构所受弯矩减小,纵梁的荷载分布不均匀现象减小。所得结论可为同类渡槽结构设计提供参考。     

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。     

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。     

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。     

预应力渡槽的竖向振动特性和地震反应

首先建立了考虑预应力影响的渡槽竖向地震反应分析的变系数微分方程。然后应用模态摄动法和振型叠加法，提出了预应力渡槽竖向动力特性和地震反应的计算方法。最后通过典型工程实例分析，讨论了渡槽竖向地震反应分析中的预应力和槽内水体对渡槽动力特性和抗震性能的影响及渡槽竖向高阶振型对渡槽地震反应的贡献等。算例结果表明，施加预应力使渡槽的自振频率升高、抗震能力增强，渡槽的竖向地震反应中高阶振型的贡献可以忽略，槽内水体对渡槽的自振特性和地震反应有很大影响。在渡槽的抗震设计中应考虑渡槽竖向地震反应的影响。     

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。     

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。     

不同温降下渡槽温度应力模拟及保温层厚度设计

以大型输水工程U型渡槽为例,利用有限元软件计算分析了渡槽在不同降温幅度下的温度应力。为考察玻化微珠保温层的保温性能,模拟计算了不同保温层厚度下三维渡槽的瞬态温度应力。根据数值模拟结果,对比分析了有无保温措施渡槽外表面温度主应力。分析结果表明:当降温幅度大于10℃时将在渡槽外表面产生不可忽略的温度拉应力。根据计算结果,综合考虑保温效果与经济性,实际工程中玻化微珠保温涂层的涂覆厚度以0.5~1 cm为宜,该厚度的保温层能有效控制渡槽混凝土外表面温度裂缝。     

隔河岩升船机BL4梁预应力张拉的应力应变特性

 为降低隔河岩升船机BL4梁拉应力，对BL4梁采用了预应力锚索措施。为了解预应力锚索张拉时的应力分布，在BL4梁悬臂的混凝土表面粘贴应变片，进行现场监测。监测成果表明：随锚索预应力增大，梁悬臂的压应力也逐步增大，最大压应力为-5.54 MPa，未出现拉应力，表明张拉效果良好。     

盐冻作用下水工混凝土强度演化模型

寒区盐湖、盐渍土地区水工混凝土结构强度劣化问题突出。基于各向同性连续损伤力学理论,建立了混凝土相对动弹性模量与相对抗压强度的定量关系,提出了硫酸盐侵蚀和冻融协同作用下水工混凝土强度演化模型,并进行模型验证,最后将模型应用于引大入秦庄浪河渡槽结构性能评估。结果表明：该模型能较好地反映受盐冻侵蚀作用下混凝土强度的变化规律;渡槽数值计算结果与运行状况相符,随盐冻侵蚀劣化时间增长,槽身最大压应力和最大位移增加,最大拉应力减小;盐冻协同作用会加快渡槽劣化速率,渡槽运行59.1 a后会发生破坏。研究结果可为寒旱地区受盐冻侵蚀水工混凝土性能评估和运行维护提供理论依据。     

基于特征参量控制的渡槽预应力张拉顺序研究

为了得到合理预应力张拉顺序,提出利用特征参量指导预应力张拉的新途径。分别对矩形带肋和无肋渡槽及 U 形渡槽动力特性进行分析。结果表明：对于 U 形渡槽,竖向预应力和环向预应力明显降低结构整体刚度,但预应力效应并不改变振型出现的先后顺序;通过对矩形无肋渡槽6种预应力张拉顺序进行分析,得到合理的预应力张拉顺序为：先张拉40％纵向预应力,再张拉竖向预应力,然后张拉剩余的60％纵向预应力,最后张拉横向预应力。矩形无肋渡槽的这种张拉顺序不仅避免了竖向预应力对结构整体刚度的过大影响,而且能抵消结构早期由于自重产生的不利挠度。研究的渡槽预应力张拉顺序对构件力学性能改变的影响可降低到最小。