箱形渡槽冬季输水工况下温度场与温度应力研究

论述了箱形渡槽温度应力产生的原因及其影响,根据热传导方程和边界条件的特点,以引洮工程柳林沟渡槽为例,借助ANSYS有限元软件分析了箱形渡槽冬季运行时无保温措施和有保温措施条件下的温度场和温度应力变化情况.分析结果表明,在冬季低温工况下,由于箱形渡槽内外温差大,导致表面产生较大的温度应力,极易引起裂缝的出现,若对槽身壁面采用保温措施,可有效减小渡槽表面的温度变化和温度应力,以确保箱形渡槽在冬季输水时的安全.     

新疆北疆寒区渡槽温度应力的分析

温度应力是引起大体积混凝土结构,例如大坝、水闸、桥梁和渡槽等出现裂缝和发生事故的主要原因,因此对其进行温度应力分析应是一必不可少的内容。本文基于新疆北疆寒区短期温度变化比较剧烈的特点,采用有限元分析软件ANSYS10．0计算分析了某一大型渡槽的三维稳态温度场和温度应力,结果表明在较大的温差荷载作用下,在结构内部产生的温度应力是相当可观的。由此得出在渡槽设计中,温度效应作为对渡槽内力影响的主要因素之一,必须给予足够的重视而不能忽略不计。     

寒旱地区混凝土箱形渡槽湿热耦合效应

针对冬季渡槽的湿热全耦合效应问题,避免渡槽在冬季输水过程中出现裂缝现象,以寒旱地区某渡槽为工程背景,利用湿热耦合传输理论分析,实测2023年1月5至1月20日的环境温度、环境湿度及风速,采用Fluent有限元软件建立了不同环境参数的混凝土箱形渡槽温度场、湿度场、湿热耦合场有限元模型。并分析不同工况对冬季渡槽的非耦合和全耦合状态下的温度效应的影响。分析结果表明,渡槽通水时冬季最不利温差为-14.7℃,不通水时为-6.3℃;渡槽通水时冬季最不利横向温差为-10.2℃,不通水时为-6.2℃;在湿度扩散过程中,沿板厚方向湿度由内向外逐渐减小,且吸水速度随时间的增大而减小;在湿热耦合过程中,全耦合场温度值小于非耦合场温度值,湿热全耦合作用的挠度变化值小于湿热非耦合作用下的挠度变化值,湿热耦合作用的拉应力小于湿热非耦合作用下的拉应力值,因此,湿热全耦合作用对渡槽结构变形有利。     

超大体积薄壁混凝土二次浇筑施工温控防限裂技术

牤牛河南支渡槽采用C50高性能混凝土,发热速度快,发热量高。渡槽一旦出现表面裂缝或贯穿性裂缝,将会对其结构的整体性、安全性、抗渗性和耐久性造成很大的影响,因此,必须采取措施控制渡槽混凝土的温度应力,以有效防止裂缝,保证工程质量。为之,对该工程大体积混凝土施工温度控制进行了研究,通过本次仿真计算,遴选不同月份施工时渡槽混凝土的温控措施及温度控制指标,以指导施工,达到渡槽混凝土施工期防裂的目的。     

南水北调某渡槽三维有限元设计分析

本文采用有限元程序建立三维模型,对南水北调某渡槽进行了设计分析。发现该渡槽的刚度比较大,在自重和水压力荷载下,渡槽各向位移均较小;不计应力集中,渡槽跨中底板某些局部地区纵向拉应力,达到了3.24MPa,根据《水工混凝土结构图设计规范》C50混凝土抗拉强度为2.0MPa,因此渡槽的最大拉应力大于混凝土抗拉强度值,需要配置预应力筋,以防槽体开裂。     

排架渡槽-水流固耦合体隔震分析

以排架渡槽为研究对象,建立3维渡槽-水流固耦合体计算模型,设置板式橡胶隔震支座,通过Mooney-Rivlin应变能密度函数模型模拟橡胶材料的本构,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法求解渡槽和水体间的耦合动力作用问题,针对不同水深工况,计算分析渡槽-水流固耦合体自振频率以及在地震作用下的位移、应力和水体晃动波高。研究结果表明:渡槽横槽方向为结构刚度最小方向,隔震支座的设置降低了渡槽结构的刚度,延长结构的自振周期;在地震作用下,槽体与水体间的流固耦合作用使得槽身内壁两侧的应力较大;隔震支座的设置增大渡槽结构的位移响应以及槽内水体晃动的幅度,但有效降低渡槽各部位的应力响应,提高渡槽结构的抗震性能。     

大型渡槽-水耦合体系动力特性分析

以梁式渡槽为工程背景，采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法分析大型矩形、U形截面渡槽结构-水耦合体的动力特性，针对不同的水深研究渡槽结构在谐波激励、地震激励下的振动反应及水体对渡槽槽身的作用．研究结果表明，渡槽结构中水体的晃动具有明显的非线性特征，在一定的外激励下水体的晃动作用十分显著，水体晃动产生的动水压力将改变渡槽槽体中的应力分布，但是在渡槽结构截面深宽比合理的情况下，渡槽槽体不会发生横向失稳．对比矩形、U形渡槽-水耦合体系的动力特性可以发现，U形渡槽中水体的晃动幅度一般大于矩形渡槽中水体的晃动幅度，这对高排架渡槽结构的性能有显著影响，在渡槽抗震设计中应给予足够重视．     

渡槽结构力学模型处理与内力计算分析

本文对长118米、高24米的框架式渡槽结构,按三维有限元法采用 SAP5结构分析程序,进行了多种工况的内力计算和应力分析。经比较分析得知,本文的内力、应力计算成果与现场应力、应变试验结果基本符合,说明所取的力学模型正确,内力分布的规律性明确,结构的危险断面亦很清楚。鉴于该渡槽已有五十一年历史,却没有留下任何计算资料,因此,本文的计算与分析,为该渡槽的改建提供了重要依据,已被工程单位采用。     

南水北调工程洛河渡槽耦合动力分析

在合理模拟临跨的静态荷载以及质量影响的基础上，采用三维有限元对南水北调工程沼河大型渡槽典型槽段单跨渡槽进行结构地震动力分析，对于影响渡槽结构动力响应的盆式支座、槽内水体与结构的流固耦合作用以及桩基-土体的动力相互作用，参照相关规范的原则和相关研究成果，在尽可能反映其实际影响和合理简化的基础上进行模拟，研究了结构自振特性、结构各部位的动力位移、应力以及内力响应。计算结果表明：采用不同水体模拟方法和不同计算分析方法得到的动力响应规律是一致的，动力响应值比较接近。     

短杆钢箱桁架结构数值模拟方法探究

基于某短杆钢箱桁架渡槽实例,通过ANSYS大型有限元计算软件,分别建立了渡槽节段的实体模型和简化的梁单元模型;然后,根据渡槽实际受力情况设置了跨中集中荷载以及均布荷载两种荷载工况形式,并进行这两种工况下的位移和应力比较,找出梁单元模型与实体单元模型间计算响应的差异;最后,验证了梁单元模型在短杆桁架位移计算中得到的结果在误差允许范围内,引入了梁单元模拟短杆钢箱桁架结构时的应力包络系数,以指导类似短杆钢箱桁架结构数值分析计算。     

大型群桩桩土动力相互作用分析方法研究

针对大型群桩与土体动力相互作用的高度复杂性,基于经典变分原理,利用拉氏乘子法和罚函数法建立了反映桩体与土体相对运动和其实际几何尺寸的非线性动力相互作用的分析模型,并编制了相应的分析程序。以南水北调中线穿黄U形渡槽工程为研究对象,利用本文的模型研究了常用的M法模型在渡槽结构中应用的适用性。结果表明,在静载作用下,两种方法给出的渡槽上部结构的位移和应力基本一致,渡槽下部桩体结构的分析结果略有差异,但相差不超过20%。在地震荷载下,M法的分析结果是偏小的,尤其是对渡槽上部结构的影响更大。     

余震持时特性对高烈度区渡槽动力响应的影响研究

主震发生后会在短时间内引发多次余震，长持时余震是否会对主震受损后的高烈度区渡槽结构造成额外损伤仍需探讨．以滇中引水工程某典型梁式渡槽为工程实例，建立渡槽-水-支座-支撑结构全耦合有限元模型．基于能量持时的定义，以设计反应谱为基础，从PEER强震数据库中选择长持时和短持时地震动记录来构造主、余震地震序列，对渡槽结构进行非线性动力分析；充分考虑主震作用后渡槽的初始损伤状态，提出了渡槽损伤评价指标，探讨了不同持时的余震对主震受损后渡槽结构动力响应的影响．结果表明：余震持时特性对主震受损渡槽的抗震性能有显著影响，长持时余震对主震受损后渡槽结构造成更严重的累积损伤，在渡槽动力响应分析中不容忽视．因此，在渡槽地震安全评估和抗震设计时，除需考虑余震的频谱特性和幅值外，还应重点考虑持时特性．     

大型拱式U型薄壳渡槽结构的模态分析

采用三维有限元方法对拱式U型渡槽结构进行了模态分析，包括空槽、3.5m水深（出于研究目的而采用的参数）、设计水深和满槽水深等工况。分析了流固耦合的渡槽结构的基本动力性能和水体对渡槽结构的影响，为渡槽结构的抗震设计提出了建议。     

基于动态权重-云模型的大型渡槽安全综合评价

针对传统渡槽安全评价方法忽略了评价指标权重的动态变化，不能实时反映危险因子对渡槽实际运行状态的影响等缺陷，提出了一种基于动态权重-云模型的渡槽安全综合评价方法，引入动态权重模型为评价指标动态赋权，并利用云模型获取评价指标隶属度。将该方法应用于南水北调中线干线工程M河渡槽安全评价并与静态权重模型评价结果进行了对比，结果表明，动态权重-云模型实现了评价指标层权重计算结果随工程运行状态的实时变化，同时对危险因子的识别敏感性更高，提高了评价方法对复杂运行环境下渡槽安全综合评价的适用性和准确性。     

渡槽混凝土结构施工期温控防裂研究

施工期渡槽开裂是常见的工程难题,温度荷载形成的裂缝是渡槽开裂的主要原因,特别是高性能泵送混凝土广泛施工,混凝土开裂问题变得更加突出.文章采用三维有限单元法对施工期某渡槽进行了非稳定温度场和应力场仿真计算,分析了主梁、次梁、底板、墙体裂缝的成因;针对裂缝成因,提出相应的内部水管降温和外部保温的抗裂方法,结果表明合理得当的...     

大型预应力混凝土U型渡槽的有限元结构分析

利用ANSYS有限元软件对南水北调工程中沙河预应力渡槽进行了有限元分析,采用初始应变法达到施加预应力的目的,计算了槽身在完建期、设计水位和加大水位3种工况下的环向和纵向应力值,并对施加钢绞线前后结果进行了对比,得出渡槽槽身在配筋后具有足够的强度和刚度,结构安全可靠,设计预应力方案是可行的.     

考虑材料粘弹性混凝土路面温度应力计算方法

分析了粘弹性理论各种模型，再根据温度应力实际产生过程，提出了温度应力计算松弛－蠕变方法，代替了计算温度应力需经过拉普拉斯变换和逆变换的方法，最后运用该方法计算了温度应力，得出了与实测结果相一致的结论。     

结构拓扑优化方法在拱式渡槽拱轴线设计中的应用

针对拱式渡槽拱轴线的受力特点,建立拱轴线拓扑优化模型,并将结构拓扑优化方法生成的拱式渡槽拱轴线与相同矢跨值的圆弧拱轴线和二次抛物线拱轴线进行了对比.结果表明,由结构拓扑优化方法生成的拱轴线,自重作用下的弯矩值以及相同均布荷载作用下的应力值都比相同矢跨值的圆弧拱轴线和二次抛物线拱轴线小.这说明连续体结构拓扑优化方法可应用于作用荷载相对均匀的拱式渡槽拱轴线设计.     

上弦杆截面变化对拱式渡槽结构受力性能影响研究

为明确上弦杆截面变化对拱式渡槽结构受力性能的影响,优化拱式渡槽结构上弦杆截面尺寸。文中以一跨度40 m,矢高7.4 m的上承式空腹桁架拱式渡槽为研究实例,利用三维有限元软件MIDAS/CIIVL建立上弦杆不同截面尺寸的空腹桁架拱模型,分析上弦杆截面尺寸变化对该拱式渡槽支撑结构体系——上承式空腹桁架拱各组成杆件受力性能的影响。结果表明:上弦杆截面尺寸变化对其自身、拱脚、下弦杆的变形、应力等受力性能有较大影响,对渡槽整体结构的稳定性影响也较大,对支撑结构其他组成构件的受力性能影响较小。在满足混凝土抗拉、抗压强度设计规范的基础上,为使该渡槽结构既安全又经济,建议选用上弦杆截面尺寸为30 cm×45 cm的方案较为合理。     

斜拉式渡槽结构分析与计算

渡槽是架设于山谷、洼地、河流之上,用于通水、通行和通航的水工建筑物。设计制作斜拉式渡槽模型,进行了模型结构分析与应力计算。通过模型承水和承砂实验,得出结构发生弹性变形和塑形变形的分界荷载及达到破坏条件的极限荷载,然后利用结构求解器对固定荷载作用下最有可能发生破坏的点进行验算,均能满足强度条件,验证了模型设计的可行性。