梁式渡槽单排架支承结构破坏机理与极限承载力研究

摘要

渡槽是重要的输水建筑物，其安全运行直接影响到工程沿线人民的生命财产安全，确保渡槽的安全运行是非常有必要的。支承结构起着承受和传递荷载的重要作用，其承载能力关系到渡槽的安全运行，因此针对渡槽支承结构的破坏机理与极限承载力研究是非常有必要的。本论文基于模型试验与数值模拟相结合的方法开展了梁式渡槽单排架支承结构的破坏机理与极限承载力研究，主要的研究工作如下:
　　(1)以广西乐滩水库引水灌区一期工程梁式渡槽单排架支承结构为原型，设计了单排架支承结构的模型试验方案，基于试验，揭示了结构破坏机理和极限承载力规律。根据工程实际考虑了竖向重力荷载起控制作用和水平风荷载起控制作用2种工况，按照1∶3的几何相似比，设计与制作了2个钢筋混凝土单排架试验模型。采用三通道全数字电液伺服协调加载系统，在80％预估极限承载力之前，每步按10％预估极限承载力加载，在80％预估极限承载力之后，每步按5％预估极限承载力加载。
　　(2)以模型试验结果为依据，对比研究了ANSYS钢筋混凝土非线性分析在破坏机理与极限承载力分析上的适用性，为后者的推广应用提供了科学依据。运用SOLID65单元建立了梁式渡槽单排架支承结构试验模型的整体式有限元模型，并与试验对比，计算得到的裂缝开展情况、荷载—位移曲线、荷载—应变曲线、极限承载力均与试验符合较好，说明数值模拟结果真实可靠，可用于对其他工况和真型结构进行结构分析。
　　(3)结合数值模拟，揭示了梁式渡槽单排架支承结构极限承载力影响因素的工程规律。将极限承载力与各因素进行归一化处理后发现:工况a仅承受竖向重力荷载，在一定范围内排架高度和横向跨度的改变对排架竖向重力荷载的极限承载力几乎没有影响。混凝土受压强度对排架竖向重力荷载的极限承载力影响最大，钢筋强度其次，排架竖向重力荷载的极限承载力的增长分别为混凝土受压强度增长的0.705倍、钢筋强度增长的0.3倍。工况b在竖向重力荷载作用下，求解水平风荷载的极限承载力。排架高度对排架水平风荷载的极限承载力有较大影响，水平风荷载的极限承载力随排架高度的增长而下降，下降幅度为排架高度增长的2.58倍。在一定范围内排架横向跨度对排架水平风荷载极限承载力的影响不是太大，排架水平风荷载极限承载的波动范围为排架横向跨度增长的0.327倍。排架水平风荷载极限承载力随混凝土受压强度和钢筋强度的增长都有增长，增长幅度分别为混凝土受压强度增长的0.204倍和钢筋强度增长的0.19倍。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义与背景

1．2 梁式渡槽单排架支承结构简介

1．3 梁式渡槽单排架支承结构破坏机理的研究现状

1．4 粱式渡槽单排架支承结构极限承载力的研究现状

1．4．1 解析法

1．4．2 数值法

1．4．3 试验法

1．5 本文主要研究工作

第二章 梁式渡槽单排架支承结构试验方案设计

2．1 引言

2．2 试验目的及内容

2．2．1 试验目的

2．2．2 试验内容

2．3 试验模型设计与制作

2．3．1 模型设计依据

2．3．2 模型的相似设计

2．3．3 模型的制作

2．4 试验装置

2．5 试验加载制度

2．5．1 模型试验荷载设计

2．5．2 试验模型加载制度

2．6 测点布置及测试内容

2．6．1 位移计的布置

2．6．2 应变片的布置

2．6．3 裂缝的量测

2．7 本章小结

第三章 梁式渡槽单排架支承结构试验分析与数值模拟

3．1 引言

3．2 结构破坏机理分析

3．2．1 工况a：竖向荷载作用

3．2．2 工况b：竖向与水平荷载联合作用

3．3 结构极限承载力结果

3．3．1 工况a：竖向荷载作用

3．3．2 工况b：竖向与水平荷载联合作用

3．4 数值模拟及其一致性验证

3．4．1 ANSYS钢筋混凝土非线性数值分析理论

3．4．2 破坏机理数值分析及其一致性验证

3．4．3 极限承载力数值分析及其一致性验证

3．5 本章小结

第四章 梁式渡槽单排架支承结构极限承载力影晌因素分析

4．1 工程概况

4．2 极限承载力分析

4．2．1 建立有限元模型

4．2．2 数值模拟结果分析

4．3 极限承载力的影响因素分析

4．3．1 工况a：竖向荷载作用

4．3．2 工况b：竖向与水平荷载联合作用

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文结论

5．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间主要参加的科学研究项目