不对称闸墙双铰底板式闸室结构仿真分析

摘要

双铰底板式闸室结构是在整体式闸室基础上发展起来的结构型式,一般适用于粉砂、细砂地基,应用十分广泛。对于双铰底板式闸室结构的计算方法,国内外都曾进行过一些研究,特别是底板的应力分析中,提出了多种计算图式、计算方法,但对于不对称闸墙的双铰底板式船闸结构研究甚少。因此,对不对称闸墙双铰底板式船闸结构内力进行分析和研究,采用合理的分析方法进行计算,对结构优化设计和保障船闸结构安全、稳定等方面具有重要意义。
　　 本文采用平面简化计算法和ANSYS空间有限元仿真计算法分别对闸室结构进行计算,主要内容如下:
　　 1、通过阅读大量的文献,阐述了国内外船闸结构研究和发展的现状,并根据双铰底板闸室结构的特点,详细评述了现有计算方法的优缺点。
　　 2、针对依托的船闸工程,将简化法、有限元法计算结果及原型观测数据分别进行对比分析得出,简化法具有计算简单方便的优点,但在闸墙内力计算、确定结构应力集中的位置及其大小方面存在局限性,且部分结构应力计算结果和实际情况偏差较大。说明简化法较难满足不对称闸墙双铰底板式船闸结构计算的需要。
　　 3、与简化法相比有限元法所得结果与原型观测数据更为接近,并能方便地找出结构内部最危险的位置及其应力值,可较为真实地反映船闸闸室结构的受力状态。
　　 4、三维非线性有限元结构计算表明,在完建、运行、检修和特殊工况下,两侧闸墙都有向外侧的变形趋势,且闸墙顶部X、Y方向变形量差异的最大值分别在运行和完建工况;各接触面的接触状态随计算工况不同而异,其中在运行低水工况下,底板与基岩接触面较大范围出现滑动接触面。
　　 5、四种工况下计算结果对比分析,闸室结构的压应力和等效应力的最大值均发生在闸墙与底板搭接铰的下缘,并且等效应力值在完建工况最大,运行和特殊工况次之,检修工况最小;底板所受地基反力基本呈两边大中间小的U字型曲线分布,且完建工况下最大,运行工况下最小,其最大值均出现在两侧铰接处。因此完建工况下,闸室底板铰接位置结构和地基最易屈服破坏。