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(课题研究)大型水工预应力渡槽的温度应力分析研究

2018年04月15日 浏览:282 评论:0

摘要:南水北调中线穿黄工程渡槽属特大型工程,该渡槽采用钢筋混凝土预应力结构,单跨跨度50m,单跨自重 15.93MN,正常运用时承受水荷载达 19.85MN,各部位应力变幅很大。由于 渡槽地处中原,年温度变化达 60.6°C,温度应力是渡槽结构需考虑的主要因素之一。本文研究 温度作用下该渡槽在各种工况条件下的运行情况。

关键词 :水工渡槽 预应力 温度应力 有限元分析

南水北调中线穿黄渡槽工程设计采用双槽过水,渡槽上部结构选用 U 形渡槽,过水断面下 部半圆内半径为 4m,半圆槽上部为直墙和翼缘板,槽内设计水深 5.13m,渡槽净宽 8m。断面 最小壁厚中部为 0.35m,端部为 0.5m,跨中底板部位局部加厚为 0.85m,端部厚 1.35m。槽顶横 梁断面 0.5m×0.5m,间距 5m。槽身高 7.45m,单槽总宽 9m,横向双槽总宽 19m,槽间最小净 距 1m。上部结构混凝土强度等级为 C50。

墩帽平面尺寸为 19.0m×5.0m,厚度 2.8m。墩帽上设有横向抗震挡块和垫石,横向挡块布 置在墩帽的两侧。结合 U 形渡槽端部结构型式,挡块采用梯形断面,高度为 1.10m;渡槽两侧 墩身采用 2 个直径为 2.8m 的圆柱形槽墩,中间采用圆端形实体墩,墩头半径 1.4m,高 5.14m~9.93m,柱墩中距为 7.35m。盖梁和墩身混凝土强度等级分别为 C40 和 C30;灌注桩群基础包括 顶部承台和下部桩群。承台平面为矩形,总长度为 21.2m,宽度为 10. 0m,厚度 3.5m。基础采 用钢筋混凝土钻孔灌注桩,每个承台下顺槽向布置两排钻孔灌注桩,每排 4 根,桩径为 2.2m。 边桩外侧与承台边缘的距离顺槽向、横槽向均为 0.8m。桩顺槽向中心距为 6.2m,横槽向中心距 为 5.8m,其桩长在 68m~80m 之间。承台及桩基混凝土强度等级为 C30。结构布置图见图 1。

图 1 渡槽结构布置图 (单位:cm)

穿黄渡槽槽身典型断面处侧墙混凝土厚度仅为 35cm,在正常运用期间,在日照及骤然温降的情况下,槽内壁受水温影响,混凝土内外表面必然形成很大的温度梯度。由此可见,在日照及骤然温降的情况下,很容易在混凝土表面引起较大拉应力。本文针对南水北调中线穿黄渡 槽在温度作用下结构受力复杂的特点,采用 ANSYS 程序对南水北调中线穿黄渡槽进行了三维有 限元分析计算,以验证渡槽运行期、检修期的安全问题。


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