气温变化对“U”形薄壁渡槽表面应力的影响分析.pdf

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1、第43卷第23期人民长江V01．43．NO．232012年12月YangtzeRiverDee．，2012文章编号：1001—4179(2012)23—0039—04气温变化对“U”形薄壁渡槽表面应力的影响分析朱文婷1，严天佑2，郑光俊2，段国学2(1．河海大学土木与交通学院，江苏南京210098；2．长江勘测规划设计研究院枢纽设计处，湖北武汉430010)摘要：为了解气温变化对“u”形薄壁渡槽结构应力的影响程度及规律，在南水北调中线一期干线工程湍河渡槽的设计中，采用l：1物理模型试验与有限元数学模型计算相结

2、合的方法，对结构的温度应力进行了研究。结果表明：当日变化温度为10℃时，渡槽表面的环向应力变化幅值约为O．8MPa，纵向应力变化幅值约为1．OMPa；渡槽在施工期的设计温度荷栽可取3℃～4℃，若考虑温度骤降等极端天气，则要根据骤降值增加线性温差值。分析成果可为类似薄壁结构工程设计提供参考。关键词：气温；表面应力；薄壁结构；渡槽中图法分类号：TV332文献标志码：A对于常规薄壁钢筋混凝土结构来说，温度荷载一及规律，为类似薄壁结构工程设计提供参考与借鉴。般不予考虑，即使结构出现温度裂缝，其承载力一般也1基本理论能

3、满足设计要求。但对于有着输水要求的预应力“u”形薄壁渡槽结构来说，渡槽内壁面是不允许出现拉应对于薄壁结构，其厚度与长度和高度相比，显得较力的。文献[1]显示，昼夜温差的存在，会使薄壁混凝小，混凝土施工后的水化热过程在最初几天基本完成土结构表面和内部应力发生0．3～1．9MPa的波动，所并散失，因此温度可只考虑在厚度方向的传递。以在渡槽施工期，特别是在纵、横向预应力施加之前，混凝土的热传导方程为温度荷载对槽身应力的影响尤为重要。—警—=2a(—c彳窘+—+雾—彳++窘—■，)++—蓑—㈩(1)a￡、a茗2ay2

4、az2。a￡“u”形薄壁渡槽因温度荷载引起的应力主要有自如果只考虑温度在厚度方向的传导，则式(1)可身应力和约束应力，自身应力主要有两种：①混凝土变化为完成浇筑冷却时，内部温度升高，表面温度降低，表面温降收缩变形受到内部约束，表面受拉，内部受压；待一OT：n磐(2)dfa算‘槽身混凝土水化热逐渐散尽，则表现为内部温降程度式中，r为温度，℃；a为导温系数，m2／h；0为混凝土绝高，表面温降程度低，表面受压，内部受拉。②混凝土热温升，℃；t为时间，d。受表面边界条件的影响，在混凝土表面和内部产生一渡槽表面满足第3

5、类边界条件，即定的温度梯度，从而产生温度自身应力。对于约束应一AidTl。：n：卢(Tl。：n—r。)(3)力，渡槽通常采用一个固定支座、两个单向支座和一个双向支座，槽体在纵向和横向都可以自由伸缩，所以槽式中，A为导热系数，kJ／(in2·h·℃)；口为渡槽表面放身产生的温度约束应力较小。热系数，kJ／(m2·h·℃)；n为渡槽表面面积；T为气本文结合南水北调中线一期干线工程湍河渡槽温，℃。1：1仿真模型试验，对观测得到的应力应变及环境温度2原型观测试验布置数据进行分析，通过仿真计算与模型试验对比，试图了解气

6、温变化对“u”型薄壁槽结构表面应力的影响程度南水北调中线一期干线工程湍河渡槽(以下简称收稿日期：2012—09—18作者简介：朱文婷，女，硕士研究生，主要从事土木与交通工程的设计工作。E—mail：azhuwent@yahoo．com．CFI40人民长江“湍河渡槽”)位于河南省邓州市十林乡小王营村南至鉴于结构和荷载的对称性，取半跨渡槽槽身作为研究赵集乡冀寨村北湍河之上，是南水北调中线一期工程对象。槽身混凝土采用ANSYSSOLID45号单元模拟，总干渠大型跨河建筑物之一，槽身采用三线三槽40m有限元模型的节点

7、数为44155，单元数为33374(图跨的双向预应力“U”型薄壁槽，内空断面尺寸9．0m3)。计算时间为2011年9月8—23日，外界气温曲线×7．23m，其结构尺寸位居国内同类工程之首，是南水为北调的重要控制性工程之一。槽体最薄处厚度仅35t=15▲o+12．5sin鬈(卜105)+cm，相对于高9．7m、长40m的结构物来说属薄壁结构。10．0cos酱(铲14)(4)为能准确了解“U”型薄壁槽各项受力状态及主要式中，t为气温，℃；f。为计算时刻至1月1日的时间反应指标，现场采用了1：1的原型试验，试验沿渡

8、槽轴长度，以d计；t：为1d时间(24h格式)，以小时计。线方向共设置了9个观测断面，应变计测点159个，分别位于槽身底部、底部45o处、侧壁、侧壁顶部及顶部拉杆处。槽身底部、底部45。处及侧壁断面位置见图1，其中1号断面在跨中位置，双数断面在左边，单数断面在右边，断面两边测点基本呈对称布置。图3有限元网格图4和图5是分析得到的渡槽s1—4—5部位受图1观测断面布置(单位：cm)气温影响的温度曲线及