坞式船闸闸室结构受力性态有限元研究

本文依托嘉陵江红岩子电航枢纽工程船闸相关资料,在坞式闸室结构常规计算基础之上,利用APDL语言进行编程,在ANSYS平台上开发了坞式船闸闸室结构有限元计算模块,分析了闸室及地基的应力和位移特性,并与常规计算法进行了分析比较.建模过程和研究成果为ANSYS软件在水工结构工程中的若干应用起了抛砖引玉的作用.     

预应力坞式闸室设计

为推广预应力技术在船闸工程中的运用,结合颍上船闸工程的具体应用,采用三维数值仿真分析方法,分析预应力坞式闸室结构的抗裂性能,论述相对于钢筋混凝土闸室结构在经济技术上的优劣性,并提出相应的改进方案。分析结果表明,预应力坞式闸室结构在结构的受力性能、耐久性及经济性等方面均具有一定的优越性。     

幂级数法求解坞式闸室结构

将坞式闸室结构作为一个整体,分别将底板和闸墙作为弹性地基梁,建立基本方程,考虑两者之间的相互影响以及反映墙后土压力与闸墙变形之间的协调,采用幂级数法求解。     

土基上坞式闸首底板受力分析

结合3个船闸工程,利用有限元软件ADINA对土基上不同墙高的闸首底板内力及变形进行分析,总结了不同墙高下的闸首底板内力及变形规律,供类似船闸工程在计算和设计时参考.     

坞式闸室混凝土裂缝控制措施

坞式闸室在以往的工程中经常会在闸室底板和倒角产生混凝土裂缝,底板裂缝通过后浇带设计加以解决,后浇带处理不当会产生人为裂缝、同时也会带来施工不便。探讨坞式闸室底板整体浇筑的可行性,研究采用三维有限单元法模拟船闸坞式闸室的施工过程,分析指出闸室底板和倒角可能产生裂缝的成因,提出应用预应力加固技术防治混凝土裂缝,同时提出了预应力布置参数。计算结果表明,施加预应力后可有效降低底板和倒角处的拉应力,使其低于混凝土应力控制标准,达到了防治裂缝的目的。     

岩基上键槽式闸室结构与整体式闸室结构受力特性比较

以岩基上某闸室结构为例,开展设置键槽缝底板和整体式底板闸室结构的受力特性研究。应用Ansys中面面接触单元Targe170 和Conta173模拟键槽的非线性接触,分析检修、低水、完建和高水4种工况下键槽闸室结构的应力、底板弯矩和地基反力分布规律,并与整体式闸室结构进行对比分析。研究结果表明：检修工况和低水工况两模型的应力、弯矩以及地基反力分布规律相似,其值均较小,检修工况底板中心产生较大的负弯矩;完建工况两模型底板正弯矩取得4种工况中最大值,分别为18 016和31 163 kN?m,整体式结构底板弯矩较大,表明键槽缝的存在可有效减小闸室底板的正弯矩,该工况下地基反力最大;高水工况在底板顶部中心两侧产生最大拉应力,两模型数值相近,此时键槽闸室底板跨中弯矩值较小。     

坞式闸室预应力筋布置形式优化

预应力坞式闸室预应力筋可以采用多种布置形式。为使闸室达到较优的受力状态,结合一具体工程实例,依据预应力钢筋的布置原则和等效荷载原理,提出了两种坞式闸室预应力筋的合理布置形式。通过ANSYS有限元软件模拟两种布筋方案可知,不同的布筋形式下闸室结构的受力是有差异的,而合理的布置形式能有效减小闸室拉应力和变形。     

黏弹性人工边界在坞式闸室结构动力计算中的应用

应用ANSYS通用有限元软件编制黏弹性人工边界的计算程序,通过算例验证该计算方法的可行性。建立基于黏弹性人工边界的坞式闸室结构的动力计算模型,对坞式闸室结构进行固定边界和黏弹性边界下不同边界范围的动力计算分析。计算结果表明:与固定边界相比,黏弹性人工边界有更高的可靠性。在地震动力作用下,闸墙顶部的动力加速度响应最为明显,在闸墙底部拉应力响应最大;闸室底板下部受拉,最大拉应力值大于闸墙的最大应力;地基深度范围取值在2~3倍以上结构底宽时,结构响应已趋于稳定。     

安谷船闸坞式结构三维有限元分析

针对山区河流上高水头船闸坞式结构形式,对多种荷载组合下的结构响应做了数值分析,研究了完建、检修、运行及地震工况条件下闸室段的结构变位与应力分布规律,揭示了结构的不均匀沉陷程度,以及拉、压应力的分布范围和特征值,为结构配筋和地基处理提供了依据.同时,探讨了墙后回填、基岩变形模量等敏感性因素的变化对闸室、闸基工作性态的影响.     

高边墩预应力钢筋混凝土坞式闸室三维数值仿真分析

为分析研究高边墩预应力钢筋混凝土坞式闸室结构的受力性能和计算方法,以安徽省颍上船闸工程为例,采用三维空间有限元模型,模拟墙后回填施工过程,计算作用于闸墙后的土压力荷载。由此进一步分析结构的变形和应力分布。对比分析有限元计算结果与实测值可以得出,计算值与实测值接近且趋势吻合。研究表明,当合理考虑土体和闸室的相互作用,并精确模拟回填施工过程,通过三维空间有限元可有效分析预应力闸室结构的受力性能。     

船闸闸室结构刚性桩加固地基承载特性分析

结合东部沿海地区某刚性桩加固地基船闸工程,运用ANSYS软件分别模拟一体式和分开式桩基加固地基船闸闸室结构,接触面均采用库伦摩擦模型,对两种桩基加固地基闸室结构分别进行闸室底板沉降与地基沉降、桩身竖向应力、桩身水平位移以及桩土荷载承担比共4个方面的对比分析。研究表明:一体式桩基加固闸室结构在一定程度上有利于减小闸室整体沉降和地基沉降,素混凝土垫层起到一定的调节作用;一体式桩基加固闸室结构桩基承担的竖向荷载大于分开式,土承担的荷载比例小于分开式;两种结构桩身水平位移沿桩基入土深度的变化趋势一样;分开式桩基加固闸室结构在一定程度上有利于减小闸室底板弯矩。     

整体式闸室结构内力分析与优化设计

针对整体式闸室结构内力及位移受闸室高度影响较大的问题,采用有限元分析方法,研究了大高宽比整体式闸室结构内力及位移。得出以下结论：1）当高宽比超过某一数值时,整体式闸室底板边墩根部正弯矩值大于底板跨中负弯矩值,底板厚度由正弯矩决定。2）当高宽比小于某一数值时,趋势正好相反。3）对大高宽比闸室结构,在闸墙后方设置踵板或卸荷板均能减小底板边墩根部正弯矩值、增大跨中负弯矩值、减小闸墙位移。这样底板受力更均衡,从而减小底板厚度,以期优化设计、节约造价。     

峡江枢纽船闸平面布置及闸室结构优化

峡江枢纽位于赣江中游峡江县巴邱镇上游,船闸位于左岸。船闸布置区域为微弯河道,不利于船闸引航道布置,分水墙的设置、现场地形条件等因素直接影响引航道及口门区流速;船闸闸室原设计采用常规的分离式结构,施工覆盖层揭露后,发现地质条件变化较大,存在较大范围断层,分离式闸室结构已不适应该地质条件。通过研究引航道布置对通航水流条件的影响,提出解决措施;通过有限元分析,将部分闸室优化为非常规的整体式结构。     

软土地区船坞底板桩筏基础设计方法的改进

在单桩、群桩、筏板刚度计算基础上,利用群桩对筏板的相互作用系数,运用叠加原理,得到了桩筏基础的整体刚度和荷载分担规律,计算过程大大简化.对单桩桩筏基础进行离心模型试验,并将计算结果和试验结果进行对比分析,验证了该方法的正确性.     

衬砌船闸闸室接触有限元分析

基于有限元计算方法,以某航电枢纽工程为依托,采用非线性理论建立二维闸室结构仿真模型,分别在检修和低水运行工况下对高衬砌倒梯形闸室结构与岩基进行接触分析和计算。通过对接触状态及接触部位的应力分布研究,得到倒梯形衬砌式闸墙结构薄弱面可能在台阶处的主要结论。     

闸室异物对船闸人字门运行的影响及对策分析

针对船闸运行过程中伴生的闸室异物沉积现象,分析闸室异物对人字门设备运行和通航效率的影响.通过研制人字门底止水防卡阻装置,创新性地提出了一种防止异物掉落卡阻人字门的结构形式.在三峡船闸现场安装后,证明该装置可有效保护人字门运行安全,提高通航效率.该成果具有较大的推广应用价值,可促进船闸行业人字门设计制造技术的发展.     

尖子山船闸上闸首软岩复合桩基受力特性

为研究船闸分离式闸首复合桩基的受力特性,以尖子山船闸为依托,建立软岩上边墩复合桩基有限元模型,分析边墩位移、变形特征,提出桩顶力简化算法,研究软岩竖向力分担比ξV的影响因素。结果表明:边墩以刚体位移为主,检修期横向转动、竖轴扭转最大,桩基布置宜外密内疏;由于存在破碎带,ξV仅有11.5%;ξV近似与置换率呈双曲线关系、与软岩模量呈幂函数关系,桩间距越小,置换率越大,软岩模量越大,桩岩系数比越小,ξV越大。破碎带固结灌浆处理后,提高了桩基承载力,还使ξV有效提高到26.8%。     

游艇港池船闸输水系统方案优化

游艇船闸对闸室内泊稳条件的要求比传统船闸更高,以保障闸室内游艇停泊的安全,故输水系统的设计对游艇船闸来说至关重要。以汇山地块滨江公共环境建设项目游艇船闸设计为依托,针对游艇船闸输水系统对闸室内泊稳条件影响的问题,建立三维非恒定流数值模型,从输水时间、顶支孔流量分布及流场特性等方面进行多种方案的计算和对比分析,得出最优的输水系统设计方案,较大地改善了闸室底部顶支孔的流量分布特性和闸室流态,使灌水过程中无明显的横比降和纵比降,为游艇船闸输水系统的设计提供了理论支撑。     

船闸闸室结构三维有限元仿真分析

以四川省嘉陵江凤仪场船闸工程为例,采用空间三维实体有限元法,建立了船闸闸室结构的仿真力学模型,可以全面计算、分析闸室结构内力、位移以及稳定性、安全性等各项技术指标,为船闸结构设计提供了技术支持.同时,通过不同工况下的结构计算,不仅可对闸室结构进行优化设计,还可分析得到影响结构安全性、稳定性的关键因子.