型钢混凝土支座预应力闸墩结构应力分析与研究

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1、设计施工水利规划与设计2014年第7期型钢混凝土支座预应力闸墩结构应力分析与研究高开绪’许尚伟’李倩雯’刘智(1．山东省水利勘测设计院山东济南250013：2．山东管理学院信息工程学院山东济南250100)【摘要】以岸堤水库溢洪闸预应力闸墩为研究对象，遵循《水工混凝土结构设计规范》(DL／T5057．2009)的相关规定，对预应力闸墩的承载力和抗裂控制进行计算，并应用大型通用有限元计算软件ansys对溢洪闸预应力闸墩进行了三维应力分析研究，得到了典型工况下的闸墩颈部与型钢牛腿结合部位的混凝土内部应力分布情况，分析结果为岸堤水库溢洪

2、闸墩预应力体系的设计与优化提供了依据。【关键词】Ansys预应力闸墩三维有限元【DOI编码】10．3969~．issn．1672．2469．2014．07．025【中图分类号】TV31【文献标识码】B【文章编号】1672．2469(2014)07．0080—031工程概况形受拉区辐射筋采用普通钢筋即可满足要求。岸堤水库溢洪闸闸孔净宽达18m，中孔闸墩岸堤水库位于沂河一级支流东汶河上，总库支铰承受的最大法向推力达到1o075kN，在弧门容7．49亿m，，兴利库容4．51亿m3，是一座以防支座与闸墩的连接部位将产生较大的拉应力，且洪为

3、主，结合农业灌溉、城市供水等综合利用的受拉区分布面积较大，若采用普通钢筋混凝土闸大(2)型水库，也是山东省第二大水库。除险墩及弧门支座，则难以满足结构抗裂要求。经过加固后水库枢纽由主坝、副坝、溢洪道(溢洪闸、综合分析论证，设计采用型钢混凝土组合梁式弧溢流坝)、输水洞和防汛道路五部分组成。门支座结构代替传统牛腿支座，并在闸墩局部扇水库溢洪闸共8孔，单孔设计净宽18m，闸形受拉区通过锚固在支座上的高强度钢绞线来底板与闸墩采用分离式钢筋混凝土结构，闸墩厚施加预应力，以抵消弧门水推力所产生的拉应力，3．0m，闸室顺水流向长度30．5m，垂

4、直水流方向解决闸墩局部扇形受拉区及与支座连接部位的总宽度165m，为目前山东省内设计单孔宽度、承载能力及抗裂问题。挡水高度最大的水闸。工作闸门采用露顶式弧形为了解设计方案中预应力闸墩扇形受拉区钢闸门。闸墩局部扇形受拉区采用预应力混凝土混凝土中应力应变分布规律，探究锚索与型钢混结构，弧门支座采用型钢混凝土组合梁式锚体支凝土组合梁受力状况，为工程提供可靠设计依据，座结构。考虑采用空间三维有限元分析方式对闸墩进行2问题背景应力分析计算。以溢洪闸中孔为例，建立中墩的三维有限元模型，通过对典型工况下模型受力进一般水闸采用小跨度弧形闸门时，弧

5、门支座行计算分析，对设计方案进行评价并提出建议。承受的推力较小，可采用普通钢筋混凝土闸墩。弧门支座采用普通钢筋混凝土牛腿结构，闸墩扇作者简介：高开绪(1976年一)，男，高级工程师。·80·设计施工水利规划与设计2014年第7期3计算方法4计算模型的建立《水工混凝土结构设计规范》(DL／T5057．2009岸堤水库溢洪闸采用分离式钢筋混凝土结以下简称《规范》)对弧形闸门预应力混凝土闸构，计算取中孔的大底板和闸墩结构作为一个整墩颈部承载力计算及抗裂控制验算均作了明确体，根据结构设计图建立三维有限元计算模型。规定。本次分析遵循了该规范

6、的相关计算规定。为了获取闸墩颈部截面边缘混凝土的法向首先通过闸墩颈部正截面受拉承载力的计算初拉应力分布情况，计算模型采用如下局部坐标系：步确定预应力钢筋数量，然后通过三维有限元分以颈部截面法向为Y轴方向，弧门推力方向为正：析法对闸墩颈部进行抗裂控制验算。通过验算对在闸墩侧表面内垂直于Y轴方向为x轴方向，承载力预应力配筋进行校验和调整优化，最终使向上为正；z轴方向遵循右手法则，垂直于闸墩设计模型满足承载力及抗裂要求。侧表面指向闸墩外部。3．1闸墩颈部承载力极限状态验算计算采用的三维有限元模型包括23620个根据预应力闸墩的受力工况，

7、闸墩颈部的正计算节点和l7513单元。考虑到计算主要关心闸截面受拉承载力计算，可分为单侧弧门推力作用墩颈部应力分布情况，因此在闸墩上游面和闸底情况和双侧弧门推力同时作用情况。单侧弧门推板底面均约束全部自由度。闸墩混凝土假定为各力作用情况时，弧门推力作用于颈部截面之外，向同性、均匀连续的线弹性体。属于大偏心受拉情况；而双侧弧门推力作用情况闸墩预应力混凝土结构主要采用8节点六则为轴心受拉情况。面体单元进行离散。为了避免锚头预应力产生应中墩采用对称配筋，应同时考虑上述两种受力集中而引起计算误差，将锚索预应力荷载扣除力情况，满足以下要求：

8、预应力损失后，转化为均布荷载后施加到型钢梁在双侧弧门推力设计值作用下，应符合：顶板上。在网格划分时考虑了结构的几何形状、1，，月m、受力特性、材料分区以及预应力锚索的布置角度，F≤，l∑Acos+厶∑cosIdi=1j=l对闸墩与型钢混凝土梁结合部