箱型鋼筋混凝土倒虹吸非線性有限元分析

1、ZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterNonlinearFiniteElementAnalysisonBoxReinforcedConcreteInvertedSiphonByZhichaoHuSupervisor：ProfLeishunZhangHydraulicStructuralEngineeringSchoolofWaterConservancy&EnvironmentMay2010J《^

2、茁星酉羹It≮摘瓔摘要南水北調(diào)是緩解中國北方嚴(yán)重短缺局面的重大戰(zhàn)略性工程，通過跨流域的水資源合理配置，緩解北方水資源嚴(yán)重短缺問題，促進(jìn)南北方經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與人口、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。大型倒虹吸工程是南水北調(diào)中線工程的重要組成部分。南水北調(diào)中線工程中的倒虹吸分為渠道穿過河谷的渠道倒虹吸和河流穿過渠道的河道倒虹吸兩類，其中以渠道倒虹吸居多。流量大、結(jié)構(gòu)尺寸大、荷載大是南水北調(diào)中線工程中倒虹吸結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)，其能否安全運(yùn)行直接決定著南水北調(diào)中線

3、工程是否能發(fā)揮出它的作用和效益。因此，了解倒虹吸結(jié)構(gòu)在不同工況下的應(yīng)力狀態(tài)是必要的。特別是在考慮結(jié)構(gòu)材料非線性時(shí)，倒虹吸的應(yīng)力、應(yīng)變及位移狀況是值得深入研究的課題。本文以大型通用有限元分析軟件ANSYS為平臺(tái)，分別對(duì)五種工況下的倒虹吸管身和兩種工況下的土體進(jìn)行了非線性有限元分析。對(duì)管身進(jìn)行分析時(shí)，是根據(jù)非線性彈性理論，分別選用Solid65單元和Solid45單元建立管身模型和地基土模型。對(duì)管身周圍土體分析時(shí)，是根據(jù)彈塑性理論，選用Pl

4、鋤e42單元建立模型。兩種分析中均采取整體式模型模擬管身中的鋼筋。提取了管身及土體的應(yīng)力場和位移場。分析結(jié)果顯示，管身邊墻和腋角處容易產(chǎn)生較大應(yīng)力，應(yīng)考慮對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)處理，縫墻的應(yīng)力均處于較低狀態(tài)，可考慮減小縫墻的尺寸或配筋率。分析的結(jié)果還顯示了管身容易產(chǎn)生裂縫的位置。此外，對(duì)土體的分析結(jié)果顯示，土體沒有發(fā)生大的變形，管身部位沉陷50mm左右，符合相關(guān)技術(shù)要求，并且分析結(jié)果顯示管身下部土體的地基承載力能夠滿足工程的需要。通過對(duì)不同工況的