三向预应力多侧墙渡槽结构研究

摘要

我国正在修建的南水北调中线工程中，大流量渡槽是输水建筑物的一种重要结构型式，槽身多采用三向预应力多侧墙结构，属空间整体受力结构。该结构型式的设计目前存在许多问题尚未解决，如三向超静定结构设计计算理论、温度荷载对结构应力的影响、湿模态相互作用及地震反应、水体非线形晃动对结构的作用等问题。由于这些问题尚未解决造成渡槽裂缝，对渡槽结构的安全产生很大的威胁。本文针对大型渡槽工程设计中存在的一系列问题，通过深入细致的研究以保证渡槽结构的稳定性、经济性和合理性。主要研究内容和成果如下： ⑴提出了三向超静定理论在特大型渡槽工程设计计算中的应用。对于多侧墙结构的渡槽槽身，其结构设计理论停留在把渡槽简单分纵向和横向两个方向分别计算，并依此配置钢绞线和钢筋，致使计算结果，对中墙计算结果保守，边墙则偏于危险。利用该理论计算成果，经实验验证，设计合理，安全可靠。 ⑵提出了热-结构耦合分析方法应用于多侧墙槽身结构的温度应力计算。基于ANSYS程序的耦合场考虑2个或多个物理场之间相互作用的分析，采用顺序耦合法对渡槽的温度应力进行分析计算，求解其温度场，计算出结构的整体应力。 ⑶应用流体理论及结构的振动方程，分析了槽身挡水墙结构的湿模态特性，推导得出湿模态正交关系的动荷载相应公式，计算表明，由于巨大水质量惯性作用影响，即使抗震设防烈度不高的情况下，竖向地震作用对承重结构也具有较大影响。计算了地震波由基岩面入射条件下，渡槽连同桩基一起构成的渡槽整体系统的动力特性。 ⑷基于ANSYS有限元程序，通过分析计算钢绞线的施工张拉顺序对结构应力的影响，以应力状态确定钢绞线张拉工艺，避免了施工过程中槽身的裂缝。 ⑸建立了渡槽工程三维有限元计算程序，结合南水北调中线漕河渡槽工程实际（注：漕河渡槽目前是我国第一座最大的三向预应力多侧墙结构工程）提出了结构应力计算成果，建设已完工，经检验设计合理，安全可靠。 ⑹研究了三向预应力多侧墙渡槽槽身的裂缝控制。针对目前几乎“无槽不裂”的现实，通过对多侧墙渡槽槽身的裂缝机理进行全面研究和分析，研究了从设计到施工应采取的裂缝控制措施，对潜在导致槽身的裂缝因素进行有效预防。 ⑺通过槽身结构模型的设计与试验，检验槽身结构设计和钢绞线布束在承载能力和正常使用极限状态是否满足要求。对三向预应力多侧墙渡槽的承载能力给出规律性结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的背景和意义

1.2本文研究的理论基础及其在渡槽工程中的应用现状

1.3当前研究存在的问题及本文研究的内容

第二章三向预应力多侧墙渡槽槽身的设计理论研究

2.1预应力混凝土平面超静定结构设计理论

2.2三向预应力多侧墙渡槽槽身结构的设计理论

2.3实例

第三章多侧墙槽身结构的温度应力计算理论研究

3.1热-结构耦合分析方法基本原理

3.2温度场仿真分析

3.3多侧墙渡槽槽身温度计算模型的建立

3.4结果分析

第四章多侧墙渡槽地震动力响应分析

4.1动水压力计算理论概述

4.2多侧墙槽身结构的湿模态

4.3大型梁式渡槽竖向动力特性及地震动力反应

4.4大型渡槽整体地震动力反应

4.4.1 模态计算

4.4.2 地震动力特性

第五章预应力钢绞线张拉工艺对槽身结构应力的影响研究

5.1不同张拉工艺应力计算

5.2结果分析

第六章三向预应力多侧墙渡槽设计控制条件分析

6.1概况

6.2计算依据

6.3槽身横向计算成果

6.4槽底与边墙纵向板条计算成果

6.5槽身纵向计算成果

6.6渡槽三维有限元分析

第七章三向预应力多侧墙渡槽工程裂缝控制研究

7.1渡槽槽身结构裂缝

7.2渡槽槽身结构裂缝与温度应力理论分析

7.3三向预应力多侧墙渡槽槽身的裂缝控制

第八章槽身结构承载力实验研究

8.1渡槽模型设计和制作

8.2加载顺序和试验成果整理分析

8.3试验成果

第九章结论和展望

9.1结论

9.2展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和科研情况

致 谢