拱式渡槽力學(xué)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(jìn)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(yīng)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(fù)雜，因此，需要研究動靜力荷載作用下結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。本文正是在這種背景下進(jìn)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(jìn)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(xué)的計算方法進(jìn)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(yīng)力控制區(qū)域所在的位置及控制截面上的應(yīng)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)