闸站结合工程结构有限元分析研究

摘要

近年来，随着工农业生产的迅猛发展，在大型河道工程中，为了提高排涝和引水的保证率，经常使用闸站结合布置的方法。但是长期以来，由于水闸和泵站的运行工况比较复杂，尤其当地基采用桩基处理后，其结构受力空间特性明显，相互影响关系更为复杂。针对闸站结合枢纽工程相互的影响关系较复杂，以张家港一干河枢纽工程为研究对象，借助三维有限元软件ABAQUS来模拟桩基础复合地基泵站单体工程，桩基础复合地基闸站结合工程以及及复合地基复合模量闸站结合工程，分析研究了三种情况下泵站结构的应力场和位移场。主要研究内容如下：
　　⑴介绍了空间三维有限单元法的基本理论和方法，阐述了弹性力学的基础和基本方程。为了更好的解决闸站结合合布置时的相互影响和带桩基础地基的复杂情况，研究了接触面力学模型和土的本构模型，同时也介绍了ABAQUS有限元分析软件的主要模块、分析模型及分析流程。
　　⑵结合张家港市一干河枢纽工程，借助ABAQUS分别建立泵站单体工程和闸站结合整体工程的有限元模型并进行数值计算，对比单体工程和整体工程的结果，分析不同工况各个情况下的应力场和位移场，可知单独对泵站建模计算的沉降值和应力值偏小，水平位移值偏大，是偏不安全，应给予足够的重视，以此来保证工程设计的可靠性与安全性。
　　⑶采用复合模量法与实际桩基础复合地基两种方法进行有限元沉降计算，对以上两种方法的计算结果进行了对比分析。随着竖向荷载的增大，两者的误差越大;随着下卧土层变形模量、桩端下卧土层泊松比、桩土模量比的增大，两种方法的最大沉降值均减小。
　　⑷采用复合模量法建立复合地基及泵站结构模型，分析研究了泵站结构的应力应变特性，并且与采用实际桩基础复合地基计算的结果进行对比分析研究。可知复合模量法对泵站建模计算的沉降值和沉降差偏小，水平位移值相差不大，最大主拉压应力偏小。采用复合模量法进行计算时是偏不安全的，在实际工程中特别是大型工程计算还是应建立桩基础复合模型以准确计算结构的应力场和位移场。