居甫渡水电站新型预应力闸墩静动力工作性态研究

摘要

自葛洲坝水电站工程建成发电以来，预应力闸墩在我国水利水电工程建设中得到了日益广泛的应用。近年来，随着一批大中型水电站的兴建，泄水建筑物的孔口以及受承受的水头愈来愈大，采用常规混凝土或钢筋混凝土闸墩结构难以承受如此之大的水推力作用，因此采用预应力闸墩已经成为了大型弧门常用的支承结构。 由于许多水电站建立在地震频发地区，因此对闸墩进行抗震安全性分析有其重要的意义。本文在系统学习并总结大量预应力闸墩结构设计实践经验的基础上，针对居甫渡水电站工程，采用大型通用有限元分析软件ANSYS的非线性有限元数值仿真技术，对居甫渡新型预应力闸墩结构进行了动静荷载作用下的工作性态的研究，得到了不同荷载组合工况下的整体变位和应力分布规律，并进行了安全评价。 其中，在静力分析部分中重点研究了闸墩预应力锚拉区、闸墩与锚块连接颈部、锚块空腔内侧以及整个锚块的应力分布情况，并对比计算了新型预应力闸墩与普通钢筋混凝土闸墩结构应力变形规律。 在动力分析部分，采用模态分析，研究了新型预应力闸墩的自振特性，并依据反应谱理论，分析了地震动力响应规律，研究了抗震薄弱部位。 本文紧密联系实际，其研究成果对类似工程设计具有一定的参考和借鉴价值。本文最后对所做工作进行了总结，并提出了进一步工作的发展方向和前景。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1预应力混凝土结构概述

1.1.1结构工作原理及特点

1.1.2基本设计理念及发展概况

1.2预应力闸墩的发展概况和特点

1.2.1预应力闸墩的发展概况

1.2.2预应力闸墩的结构特点及设计准则

1.2.3大推力闸门支撑结构的型式及发展

1.3居甫渡水电站工程闸墩结构布置及特点

1.3.1工程概况

1.3.2闸墩结构布置

1.3.3闸墩结构的设计思路及主要特点

1.4问题的提出及本文研究的主要内容

1.4.1问题的提出

1.4.2本文研究的主要内容

第2章计算理论与方法

2.1有限单元法基本理论

2.1.1有限元法的发展与应用

2.1.2有限元法的分析过程

2.1.3非线性有限元原理

2.2结构动力计算分析理论

2.2.1结构动力平衡方程

2.2.2结构自振特性的计算

2.2.3动力分析求解方法

2.3有限元法的计算分析工具及前后处理技术研究

2.3.1有限元的分析工具—ANSYS

2.3.2有限元后处理工具—TECPLOT

2.3.3 TECPLOT与ANSYS接口技术研究

2.4本章小结

第3章 居甫渡新型预应力闸墩工作性态研究

3.1结构静力计算假定、参数及荷载

3.1.1力学模型及假设

3.1.2材料参数

3.1.3荷载及工况组合

3.2结构静力工作性态研究

3.2.1新型预应力闸墩工作性态研究

3.2.2简单锚块与新型锚块比较研究

3.3居甫渡新型锚块结构深入研究

3.3.1不同开槽位置的比较研究

3.3.2不同开槽长度的比较研究

3.3.3是否设置次锚索的比较研究

3.3.4不同次锚索吨位的比较研究

3.3.5锚块底部是否设垫层的比较研究

3.4其他因素对新型锚块静力工作性态影响研究

3.4.1结构材料对闸墩变形和应力的影响研究

3.4.2闸墩厚度对结构变形和应力的影响研究

3.5本章小结

第4章地震作用下的新型预应力闸墩工作性态研究

4.1结构动力计算假定、参数及特殊问题的处理

4.1.1计算模型及假定

4.1.2计算动参数

4.1.3计算方法及特殊问题处理

4.2结构动力工作性态研究

4.2.1结构自振特性分析

4.2.2结构动态计算分析

4.3结构静、动力综合响应特性

4.3.1综合位移响应分析

4.3.2综合应力响应应力分析

4.4本章小结

第5章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢