船闸高衬砌闸室结构计算分析

摘要

衬砌式闸墙是一种经济、适应的的结构型式，其应用十分广泛。在工程设计中，衬砌式闸墙结构的计算方法主要是采用基于材料力学基本假定的解析法，但其计算结果很难反映岩体与衬砌墙之间的相互作用以及结构发生应力集中时其值的大小和位置。而这往往是结构产生裂缝甚至破坏的主要原因。因此，对衬砌式闸墙结构进行全面的内力分析和研究，采用合理方法分析计算，对船闸结构优化设计和保障其运行安全具有重要意义。
　　本文主要采用解析法（材料力学简化计算法）和ANSYS有限元仿真计算法，分别对衬砌式闸墙结构进行计算，主要内容如下:
　　1、通过对国内外船闸相关文献的收集与阅读，了解了目前国内外船闸结构的研究及发展现状。并根据衬砌式闸墙结构特点，评述了现有计算方法的优缺点。
　　2、针对依托工程，采用解析法、有限元法计算结果与原型观测数据对比分析得出，解析法在闸墙内力计算、确定结构应力集中的位置及其结构位移等方面存在局限性，较难反映衬砌式闸墙结构与岩体的相互作用，且部分结构应力、应变计算结果与实际情况有一定差异。
　　3、有限元法的计算结果较接近原型观测数据，并且能真实的反映出衬砌式闸墙结构内部危险的位置及其应力值，以及衬砌式闸墙结构的受力状态。
　　4、衬砌式闸墙结构的三维非线性有限元计算结果表明，在完建、低水运行、检修下，衬砌式闸墙顶部都有向内侧的变形趋势，而底部有向外的变形趋势。
　　5、衬砌墙第一及第三主拉应力显示，拉应力均出现在各台阶截面形式改变处，其中检修工况下应力值最大;从等效应力分布看出，衬砌闸墙前趾处更容易屈服。因此，衬砌墙的危险位置为各台阶截面形式改变处及衬砌墙前趾位置。
　　6、通过对衬砌墙各阶梯上的接触压应力和接触切应力计算得知，台阶上基岩和闸墙的接触压应力多呈抛物线型分布，与传统解析法采用的线性假设有很大差异;而竖墙和台阶上的接触应力分布几种工况相差不大，均为顶部和底部较大，中部较小的分布形式。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究进展

1．2．1 船闸结构与周围土体（岩体）接触问题

1．2．2 船闸主体结构研究现状

1．2．3 高衬砌结构研究现状

1．3 研究的意义

1．4 主要研究内容

第二章 衬砌式闸墙结构解析法

2．1 薄壁衬砌式闸墙内力分析

2．1 重力衬砌式闸墙内力分析

2．3 本章小结

第三章 非线性有限元方法的基本理论

3．1 有限元法简介

3．1．1 有限单元法基本概念

3．1．2 有限单元法分析问题的基本步骤

3．2 ANSYS有限元软件介绍

3．3 衬砌船闸结构的有限元分析

3．4 本章小结

第四章 衬砌式闸墙模型

4．1 工程概况

4．1．1 材料参数

4．1．2 船闸闸室结构分析

4．2 船闸闸室结构有限元模型的建立

4．2．1 有限元仿真模型的建立

4．2．2 模型边界及坐标系

4．2．3 模型建立

4．2．4 船闸结构网格

4．3 本章小结

第五章 两种方法计算结果

5．1 简化计算法的计算成果分析

5．1．1 完建情况

5．1．2 检修情况

5．1．3 低水运行情况

5．2 有限元法的计算成果分析

5．2．1 完建工况下计算成果分析

5．2．2 检修工况下计算成果分析

5．2．3 低水运行工况计算成果分析

5．3 解析法与有限元法计算成果比较

5．4 本章小结

第六章 不同工况下有限元法计算成果

6．1 位移成果对比分析

6．1．1 完建工况下的位移成果

6．1．2 检修工况下的位移成果

6．1．3 低水运行工况下的位移成果

6．1．4 原型观测位移与计算位移成果对比

6．2 应力成果对比分析

6．2．1 主应力成果对比分析

6．2．2 等效应力成果对比分析

6．3 本章小结

第七章 衬砌式闸墙结构接触状态分布

7．1 基本工况

7．2 计算结果及分析

7．2．1 检修工况

7．2．2 低水工况

7．3 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果