某工程泄洪排沙底孔工作闸室三维有限元计算分析

摘要

随着我国水利水电事业的发展，泄洪排沙底孔的泄量不断增大，工作水头不断增高，孔口尺寸逐渐增大，弧形工作闸门所承受的推力也随之加大，闸墩受力相应地也在增大，但由于受建筑物布置的限制，闸墩尺寸不可能设计过大，这就导致了闸墩应力恶化，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。随着预应力技术的发展，这一技术已成为解决该问题的主要技术措施之一。泄水闸室属于一种复杂的空间结构，传统的材料力学和结构力学方法计算难以真实的反映其受力状态，必然给设计工作带来一定的困难。 本文以某工程泄洪排沙底孔工作闸室为主要研究对象，利用大型有限元软件ANSYS建立了闸室三维有限元计算模型，考虑了可能发生的各种荷载组合工况，通过三维有限元计算分析，得到了闸墩结构在不同荷载工况下的应力成果和变形成果，并与无预应力闸墩结构的计算成果进行了对比分析。研究得出，采用预应力闸墩结构可以使闸墩与大梁相交部位的拉应力值降低到设计允许范围内；竖井对拉式锚固结构优点是加力方式简单、作用机理明确，缺点是需要在闸墩内部预留竖井，削弱了闸墩结构，对闸墩自身安全不利，需要在预留竖井周围采取加固措施；大梁次锚索的设置提高了大梁刚度和承载能力，有效的均化了大梁的应力分布。论文研究成果对预应力闸墩的设计具有一定的指导和参考价值。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 闸室

1.1.1 闸室的布置和构造

1.1.2 闸室的工作特点

1.2 研究进展与背景

1.2.1 预应力锚固技术

1.2.2 闸室的结构计算

1.3 本文主要研究内容

2 有限单元法及静力分析理论

2.1 有限元法的基本概念

2.2 结构静力分析的有限元法

2.2.1 结构静力分析的有限元法解题步骤

2.2.2 结构静力分析的有限元法分析程序流程

3 某工程泄洪排沙底孔工作闸室三维有限元模型的建立

3.1 工程概况与研究内容

3.1.1 工程概况

3.1.2 研究内容

3.2 基本资料

3.2.1 水库特征水位

3.2.2 水的重度

3.2.3 岩石特征

3.2.4 混凝土指标

3.2.5 钢绞线指标

3.2.6 混凝土强度设计指标

3.2.7 弧形工作门门轴推力

3.2.8 预应力锚索

3.2.9 应力及应变控制标准

3.3 荷载工况与计算模型

3.2.1 荷载工况

3.2.2 计算假定

3.2.3 计算模型及边界条件

3.4 荷载施加

4 闸室结构多种工况的有限元分析

4.1 分析成果整理

4.1.1 典型剖面位置示意图及说明

4.1.2 典型部位指定路径示意图及说明

4.1.3 关键部位的局部放大

4.1.4 计算成果符号说明

4.2 施工完建工况(工况1)的计算成果分析

4.3 预应力闸墩正常水位工况(工况2)的计算成果分析

4.4 普通闸墩正常水位工况(工况3)的计算成果分析

4.5 预应力闸墩正常水位遇地震工况(工况4)的计算成果分析

4.6 预应力闸墩校核水位工况(工况5)的计算成果分析

4.7 预应力闸墩正常水位遇温降工况(工况6)的计算成果分析

4.8 超拉15%预应力闸墩正常水位工况(工况7)的计算成果分析

5 各种工况的比较分析

5.1 典型部位最大拉应力综合对比分析

5.2 工况2与工况3的比较分析(预应力效应分析)

5.3 工况2与工况4的比较分析(地震工况效应分析)

5.4 工况2与工况6的比较分析(温降工况效应分析)

5.5 工况2与工况7的比较分析(预应力超拉15%效应分析)

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献