渡槽静力分析

发表时间:2015/10/15   来源:《工程建设标准化》2015年6月   作者:陈桥阳1 何伟2 赵永强3 刘帅4
[导读] 华北水利水电大学土木与交通学院,450000 研究渡槽结构在运营过程中,随着水压力的增加,渡槽的应力变形的变化情况,为薄壁式渡槽的设计提供一定的参考依据。

(华北水利水电大学土木与交通学院,450000)

【摘  要】我国水资源分布极不均衡,跨流域的调水工程一成为我国水利建设的重要内容,渡槽是输水网络中跨越河川和交通干线的重要水工建筑物。本文以位于安徽鲍川电灌站渠道上鲍川渡槽为研究对象,在有限单元法以及ANSYS软件的基础上,展开对简支梁式渡漕静力分析的研究和计算。分析渡槽内水位为空水位、半槽水位、设计水位和满槽水位时,四种不同荷载工况下结构的位移和应力,得到渡槽的静力性能及变化图形。通过以上分析,研究渡槽结构在运营过程中,随着水压力的增加,渡槽的应力变形的变化情况,为薄壁式渡槽的设计提供一定的参考依据。
【关键词】渡槽;静力性能;有限元法

1.引言
        为满足我国大型灌区的发展和南水北调工程的开工,渡槽从设计到施工都有了很大的改变,渡槽的过水能力由每秒几个立方米到几十个立方米,单跨跨度可以达百米以上,结构形式不断发展,施工方式也有很大的改进,由原来装配式发展为多种施工方式。渡槽作为必不可少的立体交叉输水建筑物,因而合理、实用、经济、美观、安全、科学的进行渡槽设计和施工技术研究,将产生巨大的社会效益;本研究为研究渡槽结构在运营过程中,随着水压力的增加,渡槽的应力变形的变化情况,为薄壁式渡槽的设计提供一定的参考依据。
2.工程概况
        本文所研究的实例为鲍川渡槽位于安徽鲍川电灌站渠道上,跨越杭徽公路,设计流量0.52m3/s,纵坡1/500,全长120m。本渡槽为简支梁式渡槽。槽身为钢筋混凝土结构,断面呈矩形,每节槽长为10米,槽身两端搁置在刚筋混凝土排架上。槽身混凝土为C30,密度为2500kg/m3。弹性模量为30GPa,泊松比为0.167;钢筋密度为7800 kg/m3,弹性模量为200GPa,泊松比为0.3。

图1 矩形渡槽断面图(单位cm)
2.1荷载及工况组合
        渡槽结构在运营过程中,应主要考虑以下几种工况:工况1:结构空槽;工况2:结构空槽+半槽水位:工况3:结构空槽+设计水位:工况4:结构空槽+满槽水位:工况5:结构空槽+设计水位+地震作用。其中半槽水位0.34m,设计水位0.5m,满槽水位0.68m。
2.2 几何模型及有限元模型

3.静力分析
对上面四种工况进行列表并用柱形图进行对比分析:
表1  最大位移统计表(mm)
         从表1分析可以得出:结构位移在X和Z方向较小,在Y方向较大;结构整体位移是在工况4下达到最大值,为0.9mm;在同一荷载组合下,结构的整体位移主要由自重起主导作用,水荷载起调控作用;位移随水位增高而增大且在工况4下达到最大值。从表2分析可以得出:结构压应力在X方向较小,在Y和Z方向较大;拉应力在Y方向较大,在X和Z方向较小;X、Y和Z方向的应力,都是压应力大于拉应力;应力随水荷载的增大而增大,且在工况4下达到最大值:第一主拉应力最大。综合分析表明,在不考虑局部应力集中的情况下,四种工况的应力均小于C30混凝土强度设计值,并且变形位移较小,满足结构规范安全要求。
4.结论
        通过以上的分析得出以下结论:在静力荷载作用下,满槽时结构的竖向位移(UZ)比空槽大近一倍,由此可见,静水荷载的巨大效应。渡槽梁构件的最大内力发生在中主梁上,满槽时梁内力比空槽大近一倍,渡槽的墙板和底板的应力也比较大。在工程实践中,内力和应力最大处应加强配筋,以提高结构的承载能力;另外,也可采取其他的有效措施,减小内力和应力的发生。
参考文献:
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