水工压力隧洞衬砌配筋的计算

【目的】针对目前水工压力隧洞配筋设计中公式法、边值法和一般有限元法计算结果差异较大,使工程设计人员难以决断的问题,建立更符合压力隧洞实际工作性态的配筋计算方法。【方法】在剖析现有计算方法基本假定的基础上,建立了一套数值模拟方法,即采用katona裂缝单元模拟衬砌中的裂缝,通过特殊的钢筋及跨缝筋单元模拟钢筋与混凝土相互作用及跨缝处作用机制,推求较为真实的衬砌应力、钢筋应力及裂缝宽度,然后根据设计条件确定配筋方案。【结果】采用建立的数值分析方法,对金沙江鲁地拉水电站压力引水隧洞进行对比计算分析,结果显示,当内水压力水头为1.3 MPa(130m)、围岩为Ⅳ类时,采用建议方法得到的配筋方案为5Φ25(4 900mm2),介于边值法20Φ30(28 260mm2)和公式法3Φ16(1 200mm2)之间。【结论】利用所建立的计算方法得到的配筋结果与实际较为吻合,能够帮助设计人员合理确定水工压力隧洞配筋方案。     

水工隧洞进口段渐变段衬砌的弹性抗力计算

水工隧洞设计(如圆形、马蹄形断面)在设计规范中给出了计算方法和公式,并考虑了围岩的抗力作用.而进口段、渐变段在规范中没有给出计算公式,谈不上考虑围岩的反作用力即弹性抗力作用的影响.本文应用文克尔假定P=k.y,杆件变形的弹性曲线假定按sin~2ρ变化,而其弹性抗力e值也服从这个规律,利用变位平衡原理推导出仅有侧向,上、下侧向弹性抗力的矩形二孔,矩形四孔框架的弹性抗力e值的计算公式.并给出常见荷载的杆件固端力矩、中点挠度公式及弹性抗力系数K值.     

无压隧洞水流的二维数值模拟

简述了流体体积函数法（VOF 方法）的基本原理,并用它来处理水气交界面,与标准K-ε的二方程紊流模型耦合建立了无压隧洞内流场的数学模型,在数值模拟过程中,采用非结构网格来处理复杂的边界形状,并详细给出了各种边界条件的设置.通过模拟计算,得到隧洞内水流的水面线、速度场等,并与模型试验结果进行对比分析,两者吻合较好.     

不可压Navier-Stokes方程的一阶有限元解法

不可压Navier-Stokes方程求解的困难之一在于如何确定压力场并且同时要满足不可压条件.压力项在连续性方程中并不出现，但是却对速度起约束作用.为了解决这一问题，对于粘性不可压流动，提出了以速度和应力为基本变量，不含压力项的一阶流体动力学方程系统及对应的积分形式.采用有限元方法，对于速度和应力进行同阶插值，对于非线性对流项，采用牛顿迭代法进行处理，对于时间项采用后向欧拉方法.基于FreeFem++平台，对两平行平板间的稳态粘性流动及二维非定常圆柱绕流进行了数值计算.分别通过和精确解及标准算例的对比，验证了方法的可行性和有效性.采用不含压力项的一阶系统，避免了连续性方程中不含压力项给不可压缩Navier-Stokes方程求解带来的困难.     

大跨径混凝土无铰拱考虑非线性影响的内力计算

我国混凝土拱桥一般均按线弹性理论计算内力.随着跨径的增大,内力计算时应考虑非线性的影响.本文利用差分法求解微分方程,得到大跨径混凝土无铰拱在几何与材料非线性影响下的内力计算方法,由于此法计算工作量小,易于广泛使用.     

齐次线性方程组基础解系的另一种计算方法

本文运用加边矩阵的初等行交换，提供了一种新答齐次线性方程组基础解系问题的简便方法。     

深孔闸门后无压隧洞内消能工水流流态的数值模拟

采用流体体积函数法(VOF)处理水气交界面,与标准k-ε二方程紊流模型耦合,并采用结构网格与非结构网格结合的方式处理复杂的边界形状,模拟了加有消能栅的消力池前后的水流流态。通过模拟计算,得到不同工况下消力池及无压隧洞内的水流流态等,数值计算结果与模型试验吻合较好。