拱式渡槽力學性能三維有限元分析及研究.pdf

1、隨著南水北調(diào)工程的正式開工，我國渡槽的建設(shè)進入了一個新的發(fā)展時期。渡槽結(jié)構(gòu)形式選擇的合理與否將直接影響工程造價、設(shè)計與施工難度及工期。拱式渡槽具有主拱圈主要承受軸向壓力的特點而適應于混凝土材料的承壓性能，加之其造型美觀而成為南水北調(diào)中線工程干渠左岸排水渡槽的可選結(jié)構(gòu)形式。拱式渡槽的受力特性復雜，因此，需要研究動靜力荷載作用下結(jié)構(gòu)的力學性能。本文正是在這種背景下進行了拱式渡槽的三維有限元分析研究，主要內(nèi)容如下： (1)根據(jù)研究渡槽

2、所處的地理環(huán)境和地質(zhì)條件，綜合考慮經(jīng)濟性、適用性及施工的可能性，進行結(jié)構(gòu)選型，初步確定拱式渡槽主要構(gòu)件橫截面形式和尺寸及結(jié)構(gòu)的縱向布置方式，并采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)力學的計算方法進行配筋計算和抗裂驗算。 (2)在全面考慮建立有限元模型時的基本假設(shè)、邊界條件、鋼筋和混凝土的組合方式及單元類型的選擇、單元剖分等問題的基礎(chǔ)上，采用大型有限元分析軟件ANSYS，建立了拱式渡槽三維有限元靜力計算模型，分析了在正常使用極限狀態(tài)下，不同過水工況狀態(tài)時，

3、渡槽下部支撐的各拱圈及槽身主要構(gòu)件的應力控制區(qū)域所在的位置及控制截面上的應力和位移分布規(guī)律。 (3)采用附加質(zhì)量法將水體質(zhì)量分配到槽內(nèi)表面有限單元網(wǎng)格的結(jié)點上來考慮水與槽體相互作用，用彈簧單元模擬支撐在連拱下部的群樁與周圍土體的相互作用，建立了整個渡槽結(jié)構(gòu)的動力有限元分析模型。 (4)分析對比了槽內(nèi)無水、槽內(nèi)設(shè)計水位及槽內(nèi)校核水位三種工況狀態(tài)下，渡槽結(jié)構(gòu)的自振頻率和主振型。根據(jù)模態(tài)的參與系數(shù)，比較了三種工況下，渡槽分別產(chǎn)