裝配式U型混凝土渠道襯砌鋼模具數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文針對寧夏等北方地區(qū)裝配式U型混凝土渠道出現(xiàn)的凍脹破壞、渠系水利用率低等問題，基于大量的實(shí)地調(diào)研和試驗(yàn)，運(yùn)用大型有限元ADINA軟件，對裝配式D60 U型混凝土渠道襯砌鋼模具建立了3D-SOLIDE有限元模型，對裝配式U型混凝土渠道襯砌鋼模具的位移變形和應(yīng)力應(yīng)變變化進(jìn)行了較為系統(tǒng)的數(shù)值模擬分析，并以青銅峽市農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦混凝土預(yù)制場的現(xiàn)有裝配式D60 U型混凝土渠道襯砌鋼模具為研究對象，運(yùn)用動態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行了動態(tài)應(yīng)變觀測試驗(yàn)，以此驗(yàn)證有

2、限元計(jì)算的可行性，為裝配式混凝土渠襯砌鋼模具的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，對灌區(qū)渠道節(jié)水技術(shù)改造具有指導(dǎo)作用。其研究結(jié)果如下:
　　(1)通過對鋼模具施加靜力荷載進(jìn)行數(shù)值模擬分析，鋼模具的位移變形在直線段最大，弧線段次之，直線連接段和弧線段連接段最小;等效應(yīng)力在直線連接段和弧線連接段最大，直線段和弧線段較小，縱向加勁肋的數(shù)量為2Z、3Z、4Z和5Z時(shí)，鋼模具模型的最大變形分別為0.231mm、0.043mm、0.032mm和0.024m

3、m，縱向加勁肋為3Z的鋼模具模型的最大變形比縱向加勁肋為2Z減小了4.34倍，縱向加勁肋為4Z的鋼模具模型的最大變形比縱向加勁肋為3Z減小了34.38％，縱向加勁肋為5Z的鋼模具模型的最大位移變形比縱向加勁肋為4Z減小了33.33％;厚度為5mm、8mm、10mm和12mm時(shí)，裝配式U型混凝土渠道襯砌鋼模具的最大變形分別為0.0564mm、0.0317mm、0.0265mm和0.0218mm，厚度為8mm的鋼模具模型的最大變形比厚度為5

4、mm的鋼模具模型減小了77.92％，并且鋼模具的整體變形相對均勻;厚度為10mm的鋼模具模型的最大變形比厚度為8mm的鋼模具模型減小了19.62％，厚度為12mm的鋼模具模型的最大變形比厚度為10mm的鋼模具模型減小了21.56％。通過綜合分析，得出裝配式U型混凝土襯砌渠道鋼模具厚度為8mm或10mm、縱向加勁肋的數(shù)量為3根或4根、橫向加勁肋的數(shù)量2根（直線段和弧線段分別布置1根）的布置型式為宜，其中鋼模具厚度為8mm、縱向加勁肋為4根

5、、橫向加勁肋為2根（直線段和弧線段分別布置1根）的布置形式最優(yōu)。
　　(2)通過對鋼模具進(jìn)行模態(tài)分析，對于厚度為8mm和10mm、縱向加勁肋為3Z和4Z與橫向加勁肋為2(1WIZ)的裝配式混凝土襯砌渠道的鋼模具的第一階主振型的固有頻率的范圍為274.80Hz～345.92Hz;相同縱向加勁肋和橫向加勁肋數(shù)量的不同厚度的鋼模具、相同厚度和相同數(shù)量的橫向加勁肋的不同縱向加勁肋數(shù)量的鋼模具的相同階數(shù)的振動變形形態(tài)并不完全相同，其原因是因

6、為在不同厚度或者不同縱向加勁肋的鋼模具的自身質(zhì)量不同，導(dǎo)致裝配式混凝土襯砌渠道鋼模具的整體剛度不同，從而使得鋼模具的振動形態(tài)發(fā)生變化。裝配式混凝土襯砌渠道鋼模具的第一階主振型表現(xiàn)為在X-Y平面內(nèi)的發(fā)生平動或彎曲變形，次振型表現(xiàn)為Y-Z平面內(nèi)的發(fā)生彎曲變形，甚至出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形，在底板的不同部位出現(xiàn)鼓起狀的振動。
　　(3)通過對鋼模具進(jìn)行簡諧荷載作用下的動力響應(yīng)進(jìn)行分析，當(dāng)簡諧荷載的頻率一定時(shí)，裝配式混凝土襯砌渠道鋼模具結(jié)構(gòu)的位移變形

7、呈正弦波變化;厚度為8mm和縱向加勁肋為3根及橫向加勁肋分別布置在直線段和弧線段1根、厚度為8mm和縱向加勁肋為4根及橫向加勁肋分別布置在直線段和弧線段1根、厚度為10mm和縱向加勁肋為3根及橫向加勁肋分別布置在直線段和弧線段1根、厚度為10mm和縱向加勁肋為4根及橫向加勁肋分別布置在直線段和弧線段1根的鋼模具結(jié)構(gòu)的主頻率分別為274.80Hz、321.94Hz、295.22Hz和345.92Hz。
　　(4)通過對現(xiàn)有D60型裝