某大型预应力U形薄壁梁式渡槽结构受力分析.pdf

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1、第32卷第3期人民黄河Vo1．32．No．32010年3月YELLOWRIVERMar．．2Ol0【水利水电工程】某大型预应力U形薄壁梁式渡槽结构受力分析马文亮，姬栋宇，白新理(1．华北水利水电学院，河南郑州450011；2．湖南城建职业技术学院土木工程系，湖南湘潭4l11O1；-3．郑州大学土木工程学院，河南郑州450002)摘要：采用通用的有限单元计算软件，对沙河预应力u形薄壁梁式渡槽进行了受力分析。结果表明：u形截面渡槽由于槽身光滑、平顺，因此槽身应力分布均匀，拉应力值较低；人行荷载和风栽对渡槽的位移和应力影响很小，在设计水位作用下，槽

2、身结构的竖向位移比空槽大近1倍，说明水荷载对渡槽有巨大影响。关键词：u形渡槽；预应力；有限元法；应力分析中图分类号：TV672文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2010．03．059风载、温度荷载和地震作用等J。分为以下8种计算工况：工1工程概况况1，自重+预应力+人行荷载+风载+温升；工况2，自重+预应力+人行荷载+风载+温降；工况3，自重+预应力+设计沙河属淮河流域沙颍河水系的一条主要支流，流域面积水深+人行荷载+风载+温升；工况4，自重+预应力+设计水3713km。沙河渡槽位于河南省鲁山县城东，渡槽

3、全长7590深+人行荷载+风载+温降；工况5，自重+预应力+m，由沙河板梁式渡槽、第1段旱渡槽、大郎河板梁式渡槽和第满槽水深+人行荷载+温升；工况6，自重+预应力+2段旱渡槽组成，其中板梁式渡槽为双线四槽，渡槽槽身长满槽水深+人行荷载+温降；工况7，自重+预应力+1500m。设计水深+人行荷载+风载+地震荷载+温升；工况8，自重+沙河渡槽设计流量为320m／s，单槽设计流量为80m／s，预应力+设计水深+人行荷载+风载+地震荷载+温降。单槽加大流量为95m／s，糙率系数为0．014，设计跨度为45m。其中U形渡槽设计方案为预应力薄壁梁式渡槽结

4、构形式。3计算结果分析渡槽结构预应力筋采用钢铰线，强度标准值=1860MPa，弹性模量E=180GPa。渡槽槽身混凝土强度等级为C50，U形渡3．1分析路径槽壁厚0．4ID_，槽墩采用C257昆凝土浇筑。。分析了渡槽关键点处应力和变形随各工况的变化情况，顺着水流方向在渡槽内表面取如下计算路径：路径1，渡槽底板中2计算模型线；路径2，渡槽左侧竖墙与下侧半圆交界线；路径3，渡槽左侧竖墙与上缘板交界线。渡槽槽身沿水流方向取1跨，地基土体单元沿铅直方向取3．2应力分析地表以下30m，上下游各取30nl，总长105irl，沿横向取8Om。顺着水流方向，

5、在渡槽1／2跨的内表面上选取了1O个计采用8节点等参块体单元来模拟槽身、槽墩、地基⋯，预应力钢算关键点，按逆时针方向，关键点①、②、③、④均匀分布在左侧筋、拉杆、支座用杆单元来模拟，采用壳单元来模拟锚具垫板。竖墙上，关键点⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、⑩均匀分布在下侧I／4半圆渡槽纵向及环向预应力钢绞线采用弹性杆单元进行模拟，上。这些关键点在工况1、3、5、7下的纵向和环向应力见表1。这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，单元每个节点具有3从表1可以看出，在各种工况下渡槽1／2跨断面的内表面个自由度，该单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力硬化、大变形、大上纵向

6、应力和环向应力都为压应力，工况1下渡槽上侧纵向压应变等性能J。在计算模型中，模拟预应力钢绞线的杆单元与应力值较小，而下侧纵向压应力值较大，这主要是由于工况1模拟槽身混凝土的块单元共用节点，以保证单元节点位移协没有水荷载作用，在预应力钢筋作用下出现反拱，因此渡槽下调。预应力的施加采用初始应变法，即给模拟预应力钢绞线的侧纵向压应力值较上侧纵向压应力值大。工况3、5说明随着杆单元施加初始压应变。模拟预应力钢绞线时，需进行预应力水压的增加，渡槽下侧纵向压应力逐渐减小，上侧纵向压应力损失计算，预应力筋的张拉控制应力=0．7L。经计算，纵向直线筋预应力损

7、失为195．3MPa，有效预应力为1106．7收稿日期：2009—05--06基金项目：南水北调工程建设重大关键技术研究项目(JGZYdJ—lO)。MPa；环向曲线筋预应力损失为325．5blPa，有效预应力为作者简介：马文亮(1979一)，男，熏龙江宾县人，讲师，硕士，主要从事工程结构976．5MPa。的计算与分析工作。荷载主要考虑渡槽结构自重、预应力、水荷载、人行荷载、E—mail：hljmwl@126eom·】28·人民黄河2010年第3期逐渐增加。而随着水压的增加，渡槽下侧环向压应力逐渐减可以看出，在地震作用下渡槽上侧纵向压应力和环向

8、压应力变小，渡槽上侧环向压应力逐渐增大。从工况3和工况7的比较化不大，而渡槽下侧纵向压应力和环向压应力有所减小。表1渡槽计算关键点上纵向、环向应力MPa由沿路径1、