船闸闸室结构施工过程有限元仿真分析

摘要

内河水运是国家综合运输体系和水资源综合利用的重要组成部分，船闸工程就是内河水运中一个重要的基础设施，而闸室又是船闸的关键部位，故闸室结构的安全稳定是船舶顺利通航以及整个船闸正常工作的保证。
　　 本文基于ANSYS有限元仿真分析软件，以四川省嘉陵江凤仪航电枢纽工程为背景，从施工角度出发，采用非线性(接触分析和生死单元)有限元法建立三维仿真模型，对粉砂质粘土岩地基上的整体式闸室结构进行了计算分析，主要内容如下：
　　 1、在对闸室结构进行应变和应力分析时，与考虑施工过程的分层回填法相比，不考虑施工过程一次回填的方法得出的结果不能真实反映结构的变形和受力规律。结构位移、闸室结构的最大拉应力、压应力和等效应力均大于模拟施工过程分层回填计算出的结果，一次回填法计算出的结果偏于保守。
　　 2、通过对不同分层数计算出的结果对比，分层数越多，闸室结构的最大拉应力、压应力和等效应力越小，计算出的结果符合实际，因此，在船闸结构施工过程的有限元计算中，应根据实际情况，尽可能地多分层计算。此外，模拟施工过程分层回填的计算方法还能清楚地反映出结构在每一层的变形和受力情况，对保证结构在施工阶段或使用期间的安全有重要意义。
　　 3、在其他条件不变的情况下，改变回填土的内摩擦角，闸室结构水平方向位移、最大等效应力、接触应力与内摩擦角均成负相关，而且随着回填层数的增加，差异在逐渐增大，在回填材料的选择上可根据此规律来作为参考。
　　 4、施工、完建和运行三种工况下，施工工况下闸室结构所受等效应力最大，完建工况次之，低水位运行期最小。就地基反力而言，仍然是施工工况最大，低水位运行工况介于施工和完建之间。因此施工期船闸结构和地基最易出现强度破坏。