基于有限元法的某大型渡槽结构配筋设计

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1、基于有限元法的某大型渡槽结构配筋设计何光宇井向阳中国电建集团成都勘测设计研宄院有限公司渡槽是引水发电、城镇供水和灌溉等输水过程屮跨越山谷洼地等常见的交叉输水建筑物。为精确反映渡槽的承载能力特点，采用三维有限元法对渡槽进行结构分析，研宄其应力分布特性，以我国西南地区某大型渡槽工程为例，基于有效控制断面的有限元应力成果进行配筋设计，裂缝宽度可满足规范要求，成果可靠。关键词：腿结构配筋设计;有限单元法;应力分析;StructuralReinforcementDesignofaLarge-scaleAqueductbasedontheFiniteElementMethodHEGu

2、angyuJINGXiangyangPowerchinaChengduEngineeringCo.，Ltd.;Abstract：Theaqueductisacommonwaterdiversionstructuretocrossthevalleyordepressionareasindiversion-typehydropowerstations,watersupplyorirrigationprojects.Basedonalarge-scaleaqueductprojectinSouthwestChina,astructuralanalysisiscarriedout

3、tostudythestressdistributionandaccuratecarryingcapacitycharacteristicsoftheaqueductwiththethreedimensionalfiniteelementmethod.Structuralreinforcementdesignisthenconductedbasedonthestressdistributionresultsoftheeffectivecontrolsections.Theresultsshowthattherequirementonthecrackwidthissatis

4、fiedandthedesignisreliable-Keyword：aqueduct;structuralreinforcementdesign;finiteelementmethod;stressanalysis;修建在河渠、溪谷、洼地和道路上的架空渡槽，受力条件复杂，结构稳定分析及配筋设计是其关键技术之一。当前，工程屮对槽身结构的设计主要采用极限状态设计法，并采用承载能力极限状态法验算槽身的配筋，采用正常使用极限状态法验算槽身的裂缝及挠度［1-3］。该方法简单快捷，把渡槽看作是均质刚体，工程实用性较好，但并不能依据渡槽的约束条件及受力分布特点来针对性的布置钢筋，设计

5、优化空间较小［4-5］。有限元法采用连续介质理论，已广泛应用于水工结构工程的设计工作屮，设计精度更高，尤其是对大型复杂结构的分析更为全面。本文以我国四南地区某大型渡槽工程为例，采用有限元法进行结构分析与配筋设计。1工程简介我国西南地区某供水工程，地处洁江、沱江分水岭两侧的丘陵区，以城市供水（81.8万人）为主线，解决沿线91个乡镇（66.2万人）和农村（76.7万人）饮水安全以及农业灌溉用水问题。该工程为I等工程，设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为200年一遇。其中，一期工程新建引水枢纽和骨干输水渠道共20条，合计总长度为381.36km,渠道上共设计渡槽99座，总

6、长度约38km。渡槽结构主要采用梁式，槽身为U型结构，采用C30钢筋混凝土浇筑，槽身高3.2m，纵向跨度为5〜30m。2有限元配筋计算方法采用三维线弹性有限元法进行结构应力计算，在应力计算基础上根据《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008）附录屮规定的“非杆件体系钢筋混凝土结构的线弹性应力图形法配筋计算原则”对渡槽槽身进行结构正应力法配筋计算m，计算公式为：式中:T为由荷载设计值计算出的混凝土截面弹性总拉力，计算时还应乘以结构重要性系数丫和设计状况系数为混凝土承担的拉力。当按上式进行计算时，T。不宜超过总拉力T的30%;当受拉区高度大于结构截面高度的2/3时，T。

7、应取为零;fy为钢筋抗拉强度设计值，MPa;As%钢筋截面积，mm/m;丫＜

8、为钢筋混凝土结构系数，按《水工混凝土结构设计规范》取1.20。3有限元模型及材料参数取，图广图3为典型单跨渡槽的有限元模型网格，釆用空间8节点等参实体单元，整个计算域共离散为34604个节点27542个单元。有限元计算坐标系定义：X轴:横水流方向，沿渡槽轴线由右岸水平指向左岸；Y轴:铅直向上；Z轴:顺水流方向，由上游水平指向下游。阁1渡槽结构三维模型4计算工况及荷载组合根据基本资料，各荷载及荷载作用系数取值如下m:1）坝体自重，作用分项系数为1.05