黔中杨家坝大跨度预应力渡槽侧向稳定有限元分析

黔中水利枢纽一期输配水工程杨家坝渡槽单孔跨度50m,是国内最大跨度的渡槽。在风荷载等作用下的侧向稳定是关系到建筑物安全的重要指标。采用ANSYS有限元软件模拟地基条件和渡槽在复杂荷载作用下的工作情况,进行了渡槽整体侧向稳定验算,包括槽身在槽墩支座的剪切滑移稳定性和渡槽整体沿基础面的抗滑稳定性以及地基承载力。结果表明,渡槽的整体侧向稳定和地基承载力均满足要求,为杨家坝大跨度预应力渡槽经济安全设计提供了重要参考。     

矩形薄腹梁渡槽槽墩温度应力分析

南水北调中线穿黄矩形薄腹梁渡槽方案中，渡槽下部采用薄腹空心墩混凝土承台。在温度荷载与其他荷栽组合时，槽墩的应力情况应得到充分的重视，为此，采用稳定温度场，对槽墩结构进行分析，以解决渡槽槽墩运行期温度应力问题。     

漕河渡槽弧段三向预应力结构设计

为了满足漕河渡槽的抗裂要求，考虑了最不利温度作用与7种荷载工况，对漕河渡槽弧段作了系统的结构计算，在三个方向上均配置了预应力筋，最后采用有限单元法对槽身混凝土作了应力复核。分析计算表明：内力及配筋分布比较合理；混凝土应力满足规范要求。     

预应力矩形渡槽温度应力有限元分析

结合南水北调沸河渡槽工程实例。通过运用三维有限单元法对预应力混凝土矩形渡槽的受力性能进行数值模拟。重点分析预应力和温度荷载对渡槽应力的影响。热应力耦合采用顺序耦合法来实现。计算结果表明：渡槽内力及预应力配筋分布合理,混凝土应力满足规范要求,温度荷载对槽身应力有较大影响。     

矢跨比对拱承式渡槽抗震性能影响的研究

矢跨比是拱承式渡槽重要的设计参数,分析其对渡槽抗震性能的影响对地震区渡槽建设设计具有重要意义。以东滑峪渡槽为例,运用有限元软件ANSYS,对不同矢跨比有限元模型进行静力分析、模态分析和瞬态动力分析。通过对关键位置横槽向位移和拱圈内力变化规律的分析,确定渡槽的最优矢跨比。综合考虑各因素,不论静力荷载单独作用,还是静力荷载和地震荷载共同作用,该渡槽结构的最优矢跨比均为1/6。     

温度荷载对大型U形预应力渡槽的

U型渡槽由于自重较轻,在施工上相对于矩形渡槽有较大的优势,因此在南水北调工程中具有较大的运用前景,而温度荷载是大型渡槽的重要荷载之一,由于其计算较为复杂,目前对大型渡槽的研究较少.采用三维有限元方法分析了重力荷载作用下的大型U形渡槽的受力特点,给出了相应的预应力钢筋布置方案,并通过瞬态有限元方法计算了夏季日照与冬季寒潮两种最不利工况下的渡槽应力值,并分析了温度荷载对大型U形预应力渡槽的影响。     

大型矩形水工渡槽动力分析

针对大型矩形渡槽的动力特性和动力响应问题,建立了流固耦合(FSI)系统的位移-压力(ui,p)有限元格式,给出流固耦合系统的动力特性方程;基于FSI系统的(ui,p)格式建立槽体-水体-槽墩-基础-地基系统的力学模型,采用非对称模态提取法求解了4种水深下渡槽的动力特性,并用隐式-显式积分算法计算了4种水深、2种强震作用下大型渡槽的动力响应。计算结果表明,基于FSI的(ui,p)格式,考虑到槽体与水体的相互作用,简化了计算模型,提高了计算精度,同时也得出不同水深、不同激励下渡槽结构动力特性和动力响应的变化规律等结论,可为大型渡槽及同类工程动力设计提供参考。     

河沟头渡槽50m跨预应力引槽箱梁槽身结构设计

河沟头渡槽是黔中水利枢纽一期工程总干渠上的一座关键建筑物,其引槽为50m跨预应力箱梁结构,采用箱形断面构造及三向预应力体系,具有自重轻、跨度大、承载力高、经济性优、施工简便等特点,使得50m级简支梁式渡槽仍然能保持较强的抗裂能力。结合渡槽自身受力、运行等特点,分别按照公路、水利行业有关规定开展相应计算分析,计算结果表明,在正常使用状况下槽身纵向最小正应力1.151MPa,不考虑竖向预应力钢筋情况下最小主拉应力-0.31Mpa,最大正压应力10.09MPa,水荷载导致的槽身下挠12.3mm,纵向预应力钢筋最大永存应力1207.07MPa,均能很好地满足各自体系的要求。     

鄂北地区水资源配置工程孟楼渡槽结构形式的比选

结合孟楼渡槽现场地形地质条件,论述了梁式渡槽、拱式渡槽、桁架式渡槽、斜拉式等各种形式采用的可能性及优缺点。通过多种结构方案的具体工程布置、工程量计算和技术经济综合比较,推荐槽身采用30m单孔普通矩形槽(多侧墙)结构,下部支承采用空心墩结构。     

界河大型预应力拉杆拱渡槽设计与

界河渡槽是南水北调东线工程胶东地区调水工程中一大型关键性输水工程，渡槽采用了一种新型的渡槽结构型式－上承式预应力混凝土拉杆拱结构。其鲜明的结构特性是：①肋拱和预应力混凝土拉杆组合形成自平衡受力体系，对槽墩不产生水平推力；②整体结构紧凑，支撑高度比下承式拉杆拱渡槽低；③不产生一般拱式渡槽的连拱效应，节省加强墩；④槽墩轻巧、施工方便、安全可靠，工程造价低。本文简要介绍了上承式预应力拉杆拱渡槽支承结构的设计和相关结论。     

等效力学模型下的渡槽动力响应分析

针对大型渡槽在水体晃动作用下的结构动力响应问题,以结构动力学及流体动力学原理简化槽内水体与槽壁间的晃动阻尼作用,建立了渡槽等效力学分析模型,并以EL-centro波横向输入,采用三维有限元及实程分析技术,对不同过水量下结构动位移及应力进行了计算分析。结果表明,渡槽水体晃动动水压力对槽身横向动位移影响较其它方向更为显著;相比附加质量法计算结果,通过等效力学模型计算得到的结构动力响应均有不同程度降低,其中横向减幅最为显著;在大型渡槽结构设计中,考虑液体阻尼效应的等效力学模型相比附加质量法更接近实际情况,为工程实际提供参考依据。     

尾墩体型优化对消减南水北调典型渡槽水位波动的效果研究

南水北调中线工程大流量输水期间，部分渡槽出现尾墩下游尾涡交替作用及槽身段水位大幅波动现象，严重影响工程的输水稳定及结构安全。针对提出的“渐收缩、加长尾墩”用以破除尾涡、消减水位波动的尾墩体型优化方案，采用RNG k-ε模型和VOF方法，研究不同尾墩型式及尾墩长度对消波控制的效果，并确定了适宜的工程措施。研究结果表明，在各类常见墩体型式中，椭圆形尾墩对消波控制效果最佳；当其墩体加长至8 m时，消波控制效果显著，可有效改善槽身水流流态和水力特性；尾墩长度超过一定范围后，对槽身段水位波动的消减效果提升较小，推荐墩体长度采取8 m左右，兼顾控制水位波动效果和工程投资最少要求。     

地震作用下渡槽内水体响应三维数值模拟与分析

【目的】研究输水渡槽在地震荷载作用下的水体响应特性,为渡槽振动条件下的流固耦合分析及满溢风险评估提供指导。【方法】采用FLOW-3D三维仿真软件,从地震荷载作用方式、地震荷载频率、渡槽内水体流量大小3个角度出发,设置了3组数值仿真实验,并由仿真结果分析了渡槽水体在典型地震荷载作用下的响应特性。【结果】渡槽边壁在靠近自由液面处受到水体的垂直作用力最大,其数值为底部和中部的10倍以上;施加单一方向地震荷载时,水平方向地震荷载水体波动比竖直方向大2.5%;地震荷载频率增大,水体运动剧烈程度先增大后减小,在一定区间内存在使得水体响应最为剧烈的频率;流量增大,水体对边壁的垂直作用力最大值被削弱20%以上,但水体漫顶的风险也随之增加。【结论】在渡槽结构进行抗震设计时应考虑自由液面附近的渡槽边壁强度。此外增大渡槽流量会减小水体对边壁的作用力,但渡槽漫顶风险也随之增加。     

U形渡槽施工期温度模拟与应力分析

结合U形渡槽的实际情况,采用三维有限元方法模拟渡槽浇筑过程,仿真分析了渡槽施工期温度场和应力场.计算结果表明:U形渡槽槽壁较薄,温度场很快达到准稳定温度场,应力主要由外部约束引起,应力值较小,一般不会造成结构开裂.     

槽身长度对南水北调中线工程典型渡槽水位波动现象的影响研究

南水北调中线工程大流量输水期间，部分渡槽出现了不同程度水位波动现象，对安全调度有一定影响，尤其是槽身越短的渡槽现象越明显。采用RNG k-ε模型和Tru-VOF方法，针对典型渡槽建立了不同槽身长度的若干组全三维数值模型，探究槽身长度参数对水位波动的影响。研究结果表明：渡槽下游尾墩出口处形成的卡门涡街是波动的策源地旋涡造成局部阻水，进而产生波动向上游传递。随着槽身长度增加，波动传递能量逐步耗散，流速最大值及水位波动幅值不断减小，当长度超过800 m后，水位波动能量基本耗散。成果可为工程平稳调度和安全运行提供借鉴与参考。     

槽身结构在短时变化作用下的温度场研究

通过对大型渡槽的温度边界条件进行分析计算，确定了影响渡槽温度边界条件的主要影响因素及其变化规律。对温度场计算中的材料热参数进行了分析讨论，提出了参数值的确定方法。以南水北调中线某大型渡槽工程为研究对象，建立了矩形槽身结构沿壁厚、墙高、槽宽等方向的温度梯度模式。研究成果正在南水北调中线大型渡槽工程设计中应用。     

南水北调中线漕河渡槽流固耦合机理研究

基于考虑槽身与槽内水体流固耦合问题,采用迦辽金法推导了具有压缩性流体与固体流固耦合问题的动力有限元分析模型,并计算了南水北调中线漕河渡槽结构的地震反应。计算结果表明,随着水位的上升,渡槽结构地震反应增大,说明槽身与水体的相互耦合对渡槽结构地震反应影响显著。计算成果有利于指导施工和运行期安全监测与管理。     

闸墩门槽计算方法探讨

综合介绍了闸墩门槽设计中门槽应力常用的计算方法及表达式。分析目前的方法后，参照剪力墙的计算方法，提出了闸墩门槽配筋采用整体计算的新方法，即按沿截面腹部均匀配置纵向钢筋的偏心受拉构件计算。简述了沿截面腹部均匀配置纵向钢筋的偏心受拉构件计算的步骤。结合算例，应用计算机编程对闸墩门槽配筋进行了计算和分析。     

矩形渡槽静风荷载的CFD计算

应用计算流体动力学CFD计算技术，系统分析渡槽槽身的风压分布，提出矩形渡槽的静力风载阻力系数计算公式，与已有的风洞试验结果吻合良好，为渡槽结构抗风设计提供参考。     

基于三维激光扫描的老旧渡槽结构性能安全评估

渡槽在运行多年后需要进行安全评价以确定渡槽的运行性态,以便为下一步加固或重建提供科学依据。由于渡槽修建年限较久,原设计资料的缺失将给渡槽的结构安全评价造成较大困难。以某双曲拱渡槽为例,以现场安全检测为基础,采用三维激光扫描技术对渡槽进行实景复制,建立渡槽三维点云模型,经数据处理后形成实体模型并进行三维数值计算,再结合拱圈稳定性计算成果,实现对槽身及支承结构受力性能的分析,从而达到了从整体上对渡槽结构进行安全评价的目的。