大型灌区矩形多纵梁渡槽结构分析与优化

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1、2015年5月农机化研究第5期大型灌区矩形多纵梁渡槽结构分析与优化1，212杜江，王立坤，黄勇(1．东北农业大学水利与建筑学院，哈尔滨150030;2．黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)摘要:为了进一步研究矩形多纵梁渡槽结构受力分布规律，以黑龙江省某大型灌区输水渡槽为例，采用ANSYS有限元分析方法对其进行受力分析。结果表明，增加渡槽侧墙及底板厚度能够有效提高渡槽整体受力条件，在满足各项应力及变形指标情况下可适当减小纵梁的高度以节省工程量。该项目的实施有效地解决了该大型灌区水资源

2、匮乏等问题。关键词:ANSYS;静力分析;渡槽;断面优化;灌区中图分类号:S157．2文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)05－0066－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.05.015SYS软件的兼容性较大。ANSYS软件具有多物理场0引言耦合功能，可以在同一模型上进行不同形式的耦合计随着我国经济及农业的飞速发展，部分发达地区算，如热－结构耦合、磁－结构耦合及电－磁－流体供水不足以及水资源分布不均衡的现象日益激化。－热耦合等。其在PC机上生成的模型同

3、样可以在巨为了解决这一矛盾，使我国社会经济能够平衡发展，型计算机上运行，实现了ANSYS对多领域的多变工程［7－8］综合国力得到显著提高，许多大型输水调水工程相继问题求解。建设。在这些工程中，渡槽作为一种输送渠道水流跨本文以某矩形多纵梁渡槽结构为实例，应用AN-越河渠、道路、山冲、谷口等架空输水建筑物被广泛应SYS三维有限元软件，对不同工况、不同结构尺寸渡槽［1］用。渡槽又称高架渠、输水桥，是一组由桥梁，隧道进行结构内力分析并对方案进行对比分析。或沟渠构成的输水系统。通常架设于山谷、洼地、河1工程

4、概况［2］流之上，用于通水、通行和通航。有限元法也叫有限单元法(finiteelementmethod，本文选用的算例是黑龙江省某大型灌区一座矩形3FEM)，是一种弹性力学问题的数值求解方法，是伴随多纵梁输水渡槽，设计流量为24．51m/s，控制灌溉面2着电子计算机的迅速发展而逐渐发展起来的。有限积1．86万hm。由于该地区没有较大河流和水源控元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现制性工程，水资源相对比较匮乏，天然径流不均匀，水［3］代计算方法。目前，最流行的有限元分析软件来自资源利用率低，

5、农业用水矛盾突出，遇干旱年份，造成ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC4个知名度比较高的公农田大面积减产，无法保证农业生产的优质、稳产、高司。本文利用ANSYS软件对不同工况、不同结构尺寸效、高产。但该地区又有很多优势条件，土地肥沃，气渡槽进行结构内力分析并对方案进行对比分析。AN-候适宜，适合发展农田灌溉，同时靠近松花江，利用松SYS软件是融结构、热、流体、电场、磁场、声场分析于花江水灌溉具有得天独厚的优势。因此，急需修建渠［4］一体，以有限元分析为基础的大型通用CAE软件，首泵站及输水

6、渡槽来解决该地区水资源优化配置问ANSYS软件被广泛用于核工业、铁道、航空、机械制题。造、国防军工、土木工程、水利工程、生物医学、日用该渡槽采用拉杆加肋矩形多纵梁槽身形式，单节［5－6］品、家电等工业的研究。该软件可在大多数计算跨度为15m，共计260节，底坡比降为1/1500，全长机中操作运行，从PC机到工作站再到巨型计算机，AN3900m。渡槽底板净宽4．5m，槽身总高3．4m，底板厚0．3m，在槽底设4根纵梁，纵梁高0．7m;槽身侧墙底收稿日期:2014－05－29宽0．4m，与底板衔接处设

7、0．3m×0．3m倒角;侧肋底基金项目:国家自然科学基金项目(51209039)作者简介:杜江(1986－)，男，黑龙江齐齐哈尔人，硕士研究生，(E宽0．3m，肋壁厚0．4m，肋间距3．0m;两端侧墙由拉杆－mail)267217311@qq．com。连接，拉杆长度3．7m，横断面为0．3m×0．3m，拉杆间通讯作者:王立坤(1971－)，男，哈尔滨人，副教授，(E－mail)wan-glk71@163．corn。距3．0m。渡槽结构布置图如图1、图2所示。·66·2015年5月农机化研究第5期(

8、b)模型的前视图图3渡槽结构混凝土三维有限元数值模型图1渡槽横断面图Fig．3ThetriaxialityfiniteelementnumericalmodelofdrainFig．1Thecross－sectionalviewofaqueductbridgeaqueductconcretestructure3静力分析本文针对渡槽结构进行设计水位工况及校核水位工况分析，设计水位下渡槽的荷载组合为自重+风荷载+人群荷载+设计水荷载的组合;校核水位下渡槽的荷载组合为自重+校核水荷载的组