角木塘水电站预应力闸墩三维有限元分析与配筋方案研究

采用三维有限元数值分析方法,对多种荷载组合作用下墩体结构的受力特性进行数值模拟,得到典型工况下中墩的结构变形、预应力锚固区应力、锚块应力、预留平孔周边应力变形规律,以及拉应力分布区随工况荷载条件的变化规律,并针对预应力闸墩中的薄弱部位研究合理的初始配筋方案。研究结果表明预应力闸墩预应力效果良好,锚索布置合理,在各种荷载组合效应下整个墩体的应力和变形分布满足设计要求。研究成果不仅对优化预应力混凝土闸墩的结构设计和锚索布置方案具有重要作用,也可为同类工程的设计和安全性评价提供重要参考。     

水电站预应力闸墩三维有限元分析

某水电站溢流坝闸墩承受的荷载以及结构较为复杂，工作弧门推力达18009KN。为了准确了解堰体、闸墩、锚块在各典型运行工况下应力情况，采用三维有限元方法，对该水电站溢洪道控制段预应力中墩进行了整体空间应力与变形分析，得到典型工况下结构的整体位移、变形和结构各重要部位的应力分布规律。研究结果表明预应力闸墩具有整体稳定性，在各种荷载组合效应下整个墩体的应力和变形分布满足设计要求，并根据计算成果评价了混凝土结构的预应力效果。     

江坪河溢洪道预应力边墩三维有限

基于三维有限元数值模拟技术,对江坪河水电站溢洪道控制段边墩进行了整体空间应力与变形分析,得到了其典型工况下结构的整体位移、周边缝变形和结构重要部位的应力分布规律。根据有限元计算结果,评价了边墩混凝土结构的预应力效果,并探讨了锚块底部与相应闸墩顶面两种不同接触方式对结果的影响,为结构的设计、施工提供参考依据。     

预应力锚索在二滩电站边坡支护中的运用

预应力锚固技术起始于坝工加固，后逐渐运用到闸墩拉锚、地下洞室支护、高边坡支护及山体加固等。介绍了二滩电站左岸边坡支护工程概况、锚索施工过程，并对锚索钻孔方向控制、围岩灌浆和待凝时间的选择、预应力损失等问题进行了探讨。     

密实型索体预应力锚索锚固机理研究

针对密实型索体预应力锚索的锚固机理进行了研究,首先根据该锚索的设计原理和结构建立了简化的力学分析模型。采用有限元方法对锥形管与注浆体间、注浆体与锚孔孔壁间的应力状态进行了较为系统的分析,主要研究了在3 000 k N以上大吨位荷载作用下锥形管、注浆体与锚孔孔壁间的剪应力分布特征。结果表明,在荷载作用下锥形管挤压注浆体时在两者接触面上产生的最大剪应力发生在内锚固段最末端位置,其值随着荷载的增加而逐渐增大。最后,讨论了锥形管布置形式对锚索锚固性能的影响。考虑到密实型索体预应力锚索的荷载传递方式,建议将拉力杆和锥形管多次串接设计以达到进一步分散大吨位锚索荷载的作用。     

高排架梁式渡槽排架应力分析及支座位置的优化设计

结合湖北省宜昌市红光渡槽,利用ABAQUS有限元软件分析梁式渡槽排架结构的应力分布规律;然后,对初步设计的墩帽上支座的位置进行优化设计,使墩帽的应力分布得到改善。结果表明,高排架的横梁部位容易产生拉应力,是强度校核的重点部位;通过对支座位置的优化,可以改善混凝土墩帽的应力分布状况。     

基于CFD的闸站结合布置优化设计与研究

闸站结合布置方式结构复杂,泵站运行时前池易存在不良流态,降低泵站运行效率。以安徽某闸站结合工程为例,采用计算流体力学(CFD)对该工程进行模拟分析,研究其闸站工程布置的合理性和船舶通航的安全性以及改进优化方案。结果表明,原设计方案下的导流墩过短,导致斜流和回流的产生。针对原设计方案存在的不足,采取了2种导流墩优化方案,对2种优化方案改进的结果进行对比,发现仅对导流墩进行延长时,能减小前池内的回旋范围,降低通航的轴向速度,但横向速度的改善并不明显。而在导流墩延长的基础上,对导流墩进行开孔,能够降低通航的横向速度,保证闸站的稳定运行和安全通航。     

露顶式弧形闸门闸坝一体化静动力学研究

针对现有露顶式弧形闸门静动力学分析存在一定简化的问题,应用ANSYS有限元软件对比分析了闸门单体和闸坝一体化的静动力学特性。以某水电站溢流表孔弧形闸门瞬启工况为例,建立了考虑止水摩阻、支铰体系和预应力锚索的闸坝一体化有限元模型。研究结果发现：在静力学方面,两侧止水对闸门各钢结构构件应力影响不大,最大差值为14.08%;闸坝一体化得出的固定支铰应力分布较闸门单体更为合理;锚块对闸门结构整体位移结果影响较大,闸门单体整体位移<不考虑锚索预应力的闸坝一体化整体位移<考虑锚索预应力的整体位移。在动力学方面,考虑流固耦合效应下止水降低了闸门结构的各阶频率;预应力锚索对闸坝一体化动力特性影响较小。     

预应力锚索桩板墙支护多级高填方边坡监测研究与分析

预应力锚索桩板墙作为一种加固多级高填方边坡的新型支护结构,加固效果显著,但由于边坡土体与支护结构作用机理复杂,相互影响较大,经常由于支护方案选择的不合理或者现场位移信息化监测不够导致高边坡工程事故时有发生,严重危害人们的生命和财产安全。以兰州市城关区白道坪石沟不稳定斜坡支护工程为依托,通过对支护结构位移、桩身内力以及锚索预应力监测值的采集归纳,详细分析研究了预应力锚索桩板墙在支护过程中的受力情况。分析结果表明锚索桩板墙在高填方边坡加固过程中效果表现良好,本次边坡支护完成以后最大位移为10 mm左右,最大位移变化速度为0.02 mm/d,最大加速度为0.025 mm/d~2,滑动趋势不明显。桩身所受弯矩正负交替,避免了单级增大,支护桩嵌固段因其桩后填土的负摩阻力作用,使其只受压,增加了支护桩的嵌固能力。锚索首次张拉以后预应力损失量为15%～20%,二次张拉以后损失较小,满足工程使用要求,能很好的避免因预应力损失造成的影响,并且锚索预应力和边坡土体应力调整之后,协同工作良好。     

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。     

大体积混凝土施工期温度控制研究

水闸大体积混凝土底板及闸墩,在混凝土浇筑中应采取温控措施,需要优化配合比,做好表面保护和养护,控制浇筑温度,布置冷却水管,加强观测,合理设置施工缝,布置抗裂钢筋,添加防渗抗裂纤维材料。     

大体积砼锚碇温度场与温度应力场仿真分析

大体积混凝土是大型桥梁建设中必须面对并认真解决的新课题.结合厦门海沧大桥大体积混凝土锚碇分层浇筑动态施工过程,基于三维非稳定温度场和徐变应力有限元法,对锚碇施工期和运行期的温度场、温度应力进行了仿真计算.计算中考虑了外界气温的周期变化、太阳辐射、水化生热、浇筑温度、分层厚度、徐变及混凝土弹性模量随龄期变化等因素的影响.仿真结果给出了温度场、温度应力的特性、分布及其随时间变化规律.通过仿真分析,能预测大体积混凝土结构中任一点任何时刻温度、应力及是否会开裂等信息;能细致地进行混凝土结构的防裂研究,客观地评价所制定的施工方案是否合理,提高工程的抗裂能力与安全性;提出相应的温控措施,为类似工程提供参考依据.     

大体积混凝土锚碇温度场与温度应力场仿真分析

大体积混凝土是大型桥梁建设中必须面对并认真解决的新课题.结合厦门海沦大桥大体积混凝土锚碇分层浇筑动态施工过程.基于三维非稳定温度场和徐变应力有限元法,对锚碇施工期和运行期的温度场、温度应力进行了仿真计算.计算中考虑了外界气温的周期变化、太阳辐射、水化生热、浇筑温度、分层厚度、徐变及混凝土弹性模量随龄期变化等因素的影响.仿真结果给出了温度场、温度应力的特性、分布及其随时间变化规律.通过仿真分析,能预测大体积混凝土结构中任一点任何时刻温度、应力及是否会开裂等信息;能细致地进行混凝土结构的防裂研究,客观地评价所制定的施工方案是否合理,提高工程的抗裂能力与安全性;提出相应的温控措施,为类似工程提供参考依据.     

大跨高比平面钢闸门抗震性能模型试验研究

设计中的沙井河口中孔闸门具有跨高比大、自重大、悬挂运行、闸墩高耸等特点,为保证闸门的安全运行,在振动台上进行了该闸门完全水弹性相似模型抗震试验。试验结果表明,无水和反向挡水时,闸门与闸墩的前六阶自振频率分别为1.28-20.15 Hz和1.65-5.22 Hz,均与计算值接近。选择迁安波、ELCENTRO-NS波、TAR_TARZANA波作为试验用地震波,试验中迁安地震波作用下闸门和闸墩的动应力较大,其次为TAR_TARZANA波,而ELCENTRO-NS波作用时结构的动应力最小。钢闸门最大动应力17.01 MPa,最大加速度0.22g,发生在TAR_TARZANA波沿顺河向发生时。混凝土闸墩最大动应力1.57 MPa,最大加速度0.69g,发生在迁安波沿顺河向发生时。顺河向地震为不利工况,闸门悬挂对闸墩结构抗震不利。选择合适的止水材料有利于闸门减震。     

混凝土结构工程加固施工及方案的优选

据作者的施工经验，介绍了目前混凝土结构工程加固施工中所遇到的加固施工方案及施工方法，对不同方案进行优化比较。优秀的加固方案具体体现在其施工作业方便、施工技术先进、经济效果好、加固质量高等四方面，加固工程方案的优劣，首先要把是否具有施工作业方便作为必要条件，优秀的加固工程方案要在工法上体现出其可行性、科学性、先进性。加固工程常采用的方法有加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法和改变结构传力途径加固法，应用新技术、新材料、新工艺进行工程加固的方法有化学灌浆法、粘钢锚固法、碳纤维加固法等，具体那个方案最能体现加固工程所要求的短、平、快、省的特点，应根据需要加固的构件情况，综合确定加固方案。     

深覆盖层闸坝结构特性及基础处理措施研究

坝基处理措施及坝体结构特性是深覆盖层上修建闸坝的关键技术问题。以大渡河沙湾水电站为研究背景,利用ANSYS大型有限元分析软件,采用非线性有限元法,根据基础处理时清挖深度以及回填料的不同,分三种地基处理方案进行了计算,研究不同方案下闸坝坝体结构及坝基在完建工况、正常运行工况以及校核洪水位工况的受力特性和应力分布规律,通过对比分析坝体不均匀沉降、应力特征以及坝基承载力,处理方案三的闸室不均匀沉降最小,坝体和坝基特征部位的应力集中程度最弱,受力特性良好,而且满足坝基承载力要求,优化了闸基与纵向防渗墙的接触模式,因此选择此方案为本工程基础处理的推荐方案,为工程实际提供了重要参考。     

基于数值模拟的闸站结合布置优化设计

平原闸站枢纽工程采用水闸泵站结合布置方式,具有布置紧凑、占地少等优点,但同时亦存在局部回流和强横流等不利流态.选取新沟河延伸拓浚工程遥观北枢纽闸站结合布置方案为例,采用二维水流数模计算方法,对闸站结合布置进行优化设计,论证闸站工程总体布置的合理性以及船舶通航的安全性,并提出优化方案.研究结果表明：为了减轻偏流等不利流态及满足通航要求,闸、站上下游以导流墙（导航墙）相隔是合适的,导流墙的设置可使回流区上移,且导流墙长度的增加可降低横流区横向流速;闸站结合布置形式中,泵站进水侧布置清污机桥,一方面可清除污物,提高泵站效率和机组运行的稳定性,另一方面,清污机墩可改善站前水流流态.研究成果可为类似工程设计提供参考依据.     

预应力坝后背管结构设计与有限元

针对普通坝后背管在裂缝控制和耐久性等方面的弱点，提出预应力坝后背管这种新的结构型式。它是在普通背管中施加预压应力,使结构处于弹性工作状态下，其外包混凝土在正常荷载组合作用下不出现裂缝,或虽然超载后产生裂缝，但正常情况下裂缝仍处于闭合状态，因此结构的整体性和耐久性大大提高了。结合某水电站坝后背管的具体资料，从环形后张预应力作用机理出发，在普通坝后背管基础上对预应力背管进行结构设计和有限元分析校核。结果表明，预应力坝后背管结构是安全、耐久和经济的。     

设置软垫层坝后背管结构非线性分

坝下游面钢衬钢筋混凝土管道是近30年来应用最广的压力管道型式之一,其工作机理是允许外包混凝土开裂，但要限制裂缝宽度。以三峡水电站坝后背管为例，借助有限元软件ANSYS建立了设置软垫层坝后背管有限元模型，计算分析了设置软垫层坝后背管结构应力状态，并与结构模型试验对比。结果表明：坝后背管设置垫层能有效减小钢管向外围混凝土传递的内水压力，降低混凝土拉应力峰值，改善外围混凝土结构的应力状态，提高钢管的承载比。随着垫层弹模的降低、厚度的增大，这种效应更加明显。对设置软垫层的范围提出了优化建议。     

某大坝导流底孔泄水流态优化研究

深淹没底孔泄洪时由于相邻底孔泄洪闸出水口存在横向间隙极易引起高速出闸水流呈大角度交汇、碰撞、引起持续性不良水翅,影响底孔泄流能力以及下游水流流态。结合工程实例利用物理模型针对该问题在泄洪闸下游出口分别布置椭圆形隔墩以及楔形隔墩,并对比泄洪闸水流流态以及下游明渠内沿程断面水深及流速。试验表明:楔形隔墩有利于改善相邻闸室阿高速出闸水流表中底层交汇、调整明渠进水口流层分布,其既满足导流设计要求、维持上游原有围堰设计结构、避免设计变更,又能有效地改善下游明渠内水流流态,使明渠内下泄水流横向分布更加均匀、消除折冲水流。