施加预应力锚索的渡槽结构应力变形特性研究

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1、第32卷第7期人民黄河VoJ．32．No．72010年7月YELLOWRIVERJu1．，2010【水利水电工程】施加预应力锚索的渡槽结构应力变形特性研究黄平，姚威，彭辉(三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002)摘要：以尼勒克沟渡槽为例，建立预应力渡槽的三维有限元模型，计算5种过水工况对应的应力和位移，与未考虑预应力的渡槽模型进行时比，结果表明：素混凝土渡槽在纯自重情况下受力较均匀，但不能承受较大的拉力；施加预应力锚索对渡槽在自重、水荷载、风荷载下的拉、庄应力及应变的分布有所改善，提高了结构

2、的可靠性和稳定性。关键词：预应力锚索；渡槽；三维有限元；尼勒克沟渡槽中图分类号：TV672文献标识码：Adoi：l0．3969／j．issn．1000．1379．2010．07．045渡槽是跨越铁路、公路、河流、山谷等重要设施的输水建筑采用分离式方法对预应力锚索划分的杆单元实施降温，从物，除了输水外还可排洪、导流，是调水、供水和灌区工程中最而模拟预应力筋对渡槽混凝土产生的预应力。这种降温方法只常用的一种交叉建筑物，一般是渠系中的控制性建筑物。笔者在索构件中适用，预应力可以通过降温值的大小灵活控制，

3、且容易以尼勒克沟渡槽为例，利用有限元软件ANSYS建立了预应力保持预应力值恒定，使预加力为常量。降温值计算公式为渡槽的三维有限元模型，通过5种过水工况的计算得到相对应(1)的应力和位移，与未考虑预应力的渡槽模型进行对比，验证了预应力施工的优越性。式中：为要施加的降温值；Ⅳ为施加的预应力；』4为预应力筋_，的截面面积；or为预应力筋的线膨胀系数；E为预应力筋的弹性1工程概况模量。取N／A=1．302×10N／m，ot=1．263×10～，E=2．1×10GPa。尼勒克沟渡槽位于新疆伊犁喀什河尼勒克盆

4、地河段，工程计算过程中考虑自重、水荷载、预应力锚索施加的预应力、涉及尼勒克县的科蒙乡、尼勒克镇等。该渡槽为三级建筑物，风荷载。具体分为5种计算工况：工况1，只考虑结构自重；工设计引水流量为138．8m／s，最小引水流量为25m／s。设计况2，考虑结构自重+设计水深(水深4．61m)+风荷载；工况防洪标准为3O年一遇，最大流量为350．38in／s；校核洪水为3，考虑结构自重+校核水深(水深5．25in)+风荷载；工况4，100年一遇，最大流量为415．15m／s。渡槽长1445m，共33考虑结构自

5、重+设计水深(水深4．61in)+风荷载+钢筋预应跨，槽底纵坡1／1000，槽底距地面最大高度为45．3m，为梁式力；工况5，考虑结构自重+校核水深(水深5．25n1)+风荷载结构，支承方式为简支式，单跨为40m，断面为矩形单槽+钢筋预应力。(8．4m×5．85in)，设计水深为4．61nl，过槽流速为3．56m／s，上下游水头差为1．4m。3位移及应力计算原理矩形渡槽侧墙兼作纵梁，侧墙上翼缘宽3．0ITI，下翼缘宽1．5in，侧墙厚0．5m，端部厚0．7m，侧墙跨中高6．9in。渡槽根据最小势能

6、原理，满足平衡条件及边界条件的协调位移槽墩较高，采用圆端形高空心墩结构。空心墩基础为扩大式，使物体势能取驻值。物体的势能仃为其应变能与外势能之分2级台阶布置，每阶宽1．5in、高1．5m，其最大平面尺寸为差]。将连续的物体离散为有限个单元，则单元的应变能。22In×15m可以表示为=6／2(2)2物理参数和荷载工况单元的外势能可以表示为=5F(3)渡槽结构物理参数见表1。则单元的势能表示为表1渡槽结构物理参数=6K5／2—6。F(4)收稿日期：2009—10-30基金项目：国家自然科学基金资助项目

7、(50679036，50909054)；湖北省自然科学基金资助项目(2008CDZ069)。作者简介：黄平(1984一)，男，湖北安陆人，硕士，研究方向为水I结构和工程力学。E-mail：huang1202ping@163．com·103·人民黄河2010年第7期式中：为单元刚度矩阵；占为单元节点位移向量；F为单元渡槽侧墙的连接处，由于横撑与渡槽侧墙的接触面积较小，因节点荷载向量。此产生了局部应力集中现象。渡槽在工况1下产生的压应力根据最小势能原理，6II=0，则大部分分布在2．54～4．73MP

8、a，出现在渡槽上部结构与墩身的连接处，由于渡槽的上部结构与墩身是由橡胶支座连接，橡胶支座：0(5)a‘的面积较小，因此在橡胶支座处产生了局部应力集中现象。因此，得到单元平衡方程：渡槽在工况2下产生的拉应力大部分分布在0．91～2．60F=6(6)MPa。基础与槽墩连接的边缘处有局部应力集中现象，但分布范对于结构中每一个需要求解的位移节点都可得出类似于上式围很小，而工况4的拉应力大部分分布在0．88—2．25MPa。可的平衡方程，由单元刚度矩阵建立整体刚度矩阵，可得到整个见，当加入预