U型断面薄壳渡槽应力分析的简化计算方法

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第l3卷第3期山东矿业学院学报Vo1．13N0．31994年9月JOURNALOFSHANDONGMININGINSTITUTESep．1994U型断面薄壳渡槽应力分析的简化计算方法／‘土束工租^)摘要末文舛u型-}面茸壳谴糟的内力计算建设了一种简化计算方袋．与有限元方法计算蛄秉舛比，有足够的情度．且学过蛄构力学的工程技求九螽均可掌握，对从事渡糟等的设计人员有誊考价值．．自由词U型茸：壳向：构蛄构棰型c乏水I茸壳蛄构中田井7渡槽是用于引导渠水跨越河谷、洼地和道路的输水建筑物。u型梁式薄壳渡槽因其重量轻

2、，受力合理，施工简便而被广泛应用。按支承位置不同，常用的有简支粱式和悬臂梁式两种壳槽槽身的计算方法目前主要采甩有限单元法及有限条法，还有节点荷载传递法，它也是以有限单元法为基础的．本文提出采用结构力学的计算方法．对无条件采用有限单元法的人员也可以进行u型壳槽的内力计算。1计算简图JJ某灌区已建钢筋混凝土u型薄壳简支式渡槽，槽串：专身跨长12m．槽身横截面如图1示。槽顶沿纵向每隔一——!m_一定间距设置一系列横杆，槽底置于墩上。要求计算当槽——卜，内水位低于槽面0．3m时槽身的内力。槽身长跨比1on一=7，5>3．所以u型壳槽是一个长壳结构，近I·0

3、似地将壳槽筒化为纵向和横向两个平面问题。纵向作参为一u型截面粱计算．横向截取单位长槽身作为计算单元按一u型框架结构用结构力学的方法进行计算。田1擅身横截面简田计算简图如图2示．图知中包括水重和槽身自重；为计算筒单起见，图肋中未考虑结构自重．q为水压力，，为切向分布荷载即横截面上的剪应力。收稿日期：l993一O2—2O-国家自然科学基金资助项目维普资讯http://www.cqvip.com第3期戴素娟：U型断面薄壳渡槽应力分析的简化计算方法259心啦圉2槽身i十算茴围2截面几何参数渡槽横截面面积：一2×0．16×0．8+詈×(o88一o．72)一0

4、6581m。在图1示坐标Y中．形心轴Z位置。=去㈣。s×o．·s×+88×cs卜。×c上08)]}一0957m-j0．16×0．惯性矩：×2上2×0．16×0．8×(0．957—0．4)12+9rr×(1．76×(1．76一1．44)一64×(1．76-1．44)。l152(1．76一1．44)2×17621442一‘⋯57)0一+詈(1．76。一1．4)×(Mr．．l684m‘受拉区面积对形心轴的面积矩：(图1)墨～S，一Id^=2I(Rcos0—0．157)t·R·dO一2tR(sin0o一0ocOS0o∞0o一一_0ll96．n一78．71．

5、37rad0o_0．981一一-}引1则：S，一0．1458m距形心轴z为任意距离y的水平线以上或以下部分面积对Z轴的静面矩：(图3)当≤一0．157m时：5—2×o．16×(o957一)[+]=0．16×(0．957一)m当_v≥一0．157m时：弓形形心圆心距离：y．t式中：L——弓形弦长．1——面积一(2口一sin2a)．为弓形所对应的凹tL"龟之半图3中影线部分对形心轴的静面矩：5一丁一0．157)A·一i_一0．157)围3槽身截面特性计算简图LL一2rLcos／~】，L!一2r2cosfl2AL一(2q—sin2)：要[一2．9I—si

6、n(一2．9．)]维普资讯http://www.cqvip.com260山东矿业学院学报第13卷A2一等一2卢2一sin(一2卢2)]．s一(r}c。s一r；c。s)o．157×[譬(一2卢一sin2p)一譬(一2卢一sin2／?)]设槽壁厚度的中轴线在圆弧段的半径为R，与之对应的角度等于p，则S可近似表示为：S=ClCO$卢一C2Or一2—sln2)式中C、G为待定常数可据／等于竖载，Y一一0．157m处槽直壁和槽底圆弧连接处，值应相等的条件来确定。3钢筋混凝土u型壳槽的纵向核算纵向内力计算：(计算简图见图2a)g=(1．44×0．5×1+詈×0

7、．72×1)×10=15．343kN／m●gti=[2×0．16×0．8+(o．88。一0．72)]×25—16．453kN／m‘叠．g=gg自1=31．796kN／m槽身横截面最大弯矩、最大剪力分别为：Mm．一i1gQ⋯一1∥，算出内力值后分别校核正截面强度、斜裁面强度及抗裂度。目前，对壳槽的纵向正截面强度计算有二种方法：一种是按材料力学方法计算}另一种是按破坏阶段法计算。按材料力学方法计算时，先求出受拉区总拉力Z一型，然后认为此拉力z全部由钢筋承担。由此校核纵向受力钢筋是否足够。同样．通过计算最大受拉应力来判断槽身的抗裂度是否符合要求下面计算最

8、大受拉应力：辟：=丁’2一一———丁丽—～x×(1．68_ou’．的957¨)一Z⋯45~⋯1~1"4／m：‘嘶一：．zs