基于多目标优化的箱梁渡槽结构设计研究

针对箱梁渡槽所受水荷载远大于同等跨径箱梁桥所受汽车荷载导致槽身纵向受力突出的问题,在渡槽结构设计中统筹考虑箱梁纵向应力储备和造价,构建了以截面尺寸、钢筋用量等6个参数为设计变量,以渡槽边缘正应力和造价为目标函数,以槽身挠度、法向应力等9个验算指标为约束条件的多目标优化模型,并基于支持向量机近似模型和NSGA2遗传算法求解多目标优化模型的Pareto最优解集,然后综合专家打分、COWA算子、博弈论综合赋权与TOPSIS法从Pareto最优解集中选出最佳方案。结果表明:与初始方案相比,最佳方案的渡槽边缘正应力储备提高了17.55%,渡槽上部结构总造价降低8.84%;与有限元分析相比,该方法在保持较高计算精度的同时节省了65.42%的计算时间成本。

基于PE-HMM的渡槽结构运行状态评价

随着远距离、高流量、大跨度渡槽工程的不断发展,渡槽运行状态监测与评价日益重要。以广东省罗定市长岗坡渡槽工程为例,基于渡槽泄流振动位移数据,提出一种基于排列熵算法(PE)和隐马尔可夫模型(HMM)的渡槽运行状态评价方法。首先,运用排列熵算法和K-means法提取振动位移数据基本特征,形成HMM模型的观测状态序列。其次,运用HMM算法训练模型参数,以平均误差百分比为指标,筛选出最佳模型参数,并以该参数为初值再次训练得到渡槽运行期隐状态的概率分布。最后,结合渡槽运行期隐状态对应的分值等级及概率值,求得渡槽运行状态期望值,从而量化评价渡槽运行状态。结果表明,基于PE-HMM法的渡槽运行状态评价结果与实地勘察结论一致,可见PE-HMM法能够从渡槽振动位移数据角度出发,真实反映渡槽结构运行状态,具有较高的评判精度与工程指导意义。

基于Revit二次开发的渡槽正向参数化智能建模方法

针对渡槽工程在前期设计阶段单纯依靠Revit软件进行三维翻模,难以与渡槽工程实际建造节奏相匹配的问题,对Revit软件进行定制化开发,提出渡槽正向参数化智能建模方法,包括渡槽正向设计智能管理平台、渡槽构件模型参数化创建和渡槽钢筋参数化建模三部分。该方法的建立实现了对渡槽水力参数、结构参数等的设计与分类管理,简化了繁琐的建模步骤,缩短了设计人员建模时间,提高了设计效率。结合具体渡槽工程实例,对渡槽正向参数化智能建模方法的准确性及实用性进行验证,前期设计阶段的工作效率得到显著提高,为BIM正向设计在水利工程领域进行推广应用提供了新的解决方案。

基于能力保护的新型拉压双向限位装置设计方法研究

为保护通航渡槽结构缝之间止水不被破坏,提出替代止水受力的新型拉压双向限位装置.此装置力学特征类似销轴耳板连接结构,此类结构有多重破坏模式的弱点.为克服此弱点,结合《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中销轴耳板连接结构设计方法,在该装置的静力设计中,基于能力保护的设计思想提出了以单一销轴弯曲破坏为该装置破坏模式的设计方法.基于实体有限元数值模拟,分析了加载过程中此装置整体与各部件的受力-变形曲线特点.结果表明:以外荷载-整体变形量曲线不出现塑性特征为依据,判定装置的静力承载力大于设计外荷载、设计方法偏于安全;通过销轴的外荷载-弯曲变形量曲线与限位装置的外荷载-整体变形量曲线显现的非线性特征相一致以及板的外荷载-整体变形量曲线在加载过程中基本保持线性状态,说明板是被保护构件、装置破坏模式为单一的销轴弯曲破坏.研究结果表明此设计方法现实可行.

双槽渡槽结构剩余抗震性能拟静力试验研究

为评估大型钢筋混凝土渡槽结构在主震后的剩余抗震性能,以南水北调中线工程某双槽渡槽为原型先进行1/6缩尺振动台试验后,再对渡槽槽身和支架构件分别进行静力和拟静力试验。研究了各构件的破坏模式和剩余抗震能力,同时建立损伤后的有限元模型进行对比验证,并采用能力谱法对渡槽支架结构的剩余抗震性能给予了评估。研究结果表明:主震后槽身试件的破坏模式与以往研究中略有不同;尽管支架试件在主震中产生不同等级震害损伤,在拟静力试验中构件滞回性能、延性系数、承载力衰减、抗侧刚度和耗能性能等参数虽有所差异,但其下降幅度不大且二者损伤发展情况相似;数值模拟结果与试验曲线较为吻合;最后通过能力谱法对渡槽构件的评估说明结构仍具有较好的剩余抗震能力。

砂浆流失下长期服役砌石渡槽稳定性规律研究

以某砌石渡槽结构为对象,通过开展现场检测分析,揭示结构病害规律,针对砌石结构中的砌石离散的特点,提出以不连续块体理论开展砌石渡槽研究,揭示了砂浆流失对结构安全的影响。结果表明:(1)长期服下砌石渡槽的结构性主控致灾病害为拱圈砂浆流失;(2)砂浆流失位置和程度是关键参数,拱顶处砂浆流失致危程度最高,其次是拱肩和基础,砂浆集中流失比分散性流失更危险;(3)砂浆脱落造成的砌体结构失稳的物理机制,是由于砌石“物理性咬合度下降”影响,而非砂浆参数、砌石断裂或错动;(4)长期服役下砌石渡槽加固延寿措施应以阻断砂浆物理性流失和加强砌石咬合度为原则。研究成果对长期服役砌石渡槽的检测与安全鉴定、带病运行的砌石渡槽除险加固具有重要意义。

上游弯道圆心角对渡槽流动特性的影响研究

对于含上游弯道的输水渡槽,弯道段水流同时受到了离心力和重力的影响,使其流态变得更加复杂并进而影响渡槽部分的水力性能。基于MIKE仿真软件,建立了南水北调中线某渡槽的水动力模型,模拟了输水过程并通过实测数据对模型进行了验证,对比分析了不同流量工况下弯道圆心角对渡槽水力特性的影响。结果表明,弯道圆心角的增大会使得槽身段两侧流量差不断增大,在整流条件不足时最大流量差可达2.38 m^(3)/s。对于渡槽进口而言,弯道圆心角的增大会扩大进口中墩与两侧槽的水位差,而增长幅度随着入流量的增大而减小。对于渡槽出口而言,圆心角的增大会提升涡街的强度,其对应涡脱落频率逐渐增大,进而影响尾墩流态。

大跨度U形渡槽预应力钢绞线张拉顺序数值模拟及方案比选

为探究大跨度U形渡槽预应力钢绞线张拉过程中拆模时机对渡槽槽身结构受力状态的影响,以国内某大跨度U形预槽为例,考虑温度荷载,基于单弹簧联结单元法模拟预应力钢绞线与混凝土的相互作用,通过数值模拟方法研究预应力钢绞线张拉过程中的拆模时机对渡槽槽身结构应力响应的影响,进而基于渡槽槽身的应力控制标准及预应力钢绞线张拉过程对渡槽预制台座的占用时间,提出了最优的预应力钢绞线张拉方案。结果表明:拆模前施加部分纵向、环向预应力不仅能满足张拉过程中槽身内壁面不出现拉应力的要求,同时能减少对渡槽预制台座的占用时间。

基于博弈论-云模型的梁式渡槽风险评估研究

梁式渡槽作为大型输水工程中重要的交叉建筑物,其安全与稳定性直接决定了输水干渠的正常运行,一旦失事将会造成严重的灾害和社会经济损失。选取影响槽墩冲刷破坏、裹头边坡失稳、槽身挡水3大类12个风险指标,利用层次分析法确定主观权重、熵权法确定客观权重、博弈论赋权法确定组合权重,建立云模型风险评估模型。选取某大型输水工程6座典型梁式渡槽为研究对象,开展实例研究,结果证明本研究为大型输水工程交叉建筑物的风险评估研究提供了新思路。

U型薄壳输水渡槽结构稳定性分析——以八都水库为例

部分水利工程在使用过程中随着时间推移会出现不同程度的病害,从而严重影响其正常使用。八都水库输水渡槽投入运行至今已超过20 a,采用模糊评价法,通过现场安全检测以及安全复核计算分析,并邀请水利专家根据渡槽现场检测及结构验算结果对渡槽健康状态进行评分,取评价占比的最大值作为U型薄壳输水渡槽结构稳定性的最终评价结果。结果表明,渡槽槽身、支撑结构存在不同程度的老化、损坏、漏筋等病害,但仍处于相对完整的可运行状态,需减少流量运行或进行除险加固后才能继续正常运行。

水利灌区渡槽基于钢管脚手架高大支模施工

为分析水利灌区渡槽基于钢管脚手架的高大支模施工,结合白云山灌区实际情况,详细阐述了水利灌区渡槽基于钢管脚手架的高大支模施工要点,分析得出,高大支模体积大、结构复杂,采用钢管脚手架搭设高支模,可有效保障高大支模的稳定性,提升水利灌区渡槽质量,值得类似工程参考借鉴。

高地震区高跨渡槽设计及结构稳定计算分析

渡槽是水利工程中关键性节点建筑物,其安全运行往往决定着输水工程系统的整体运行。山区地震烈度高、跨度大、高度高的渡槽的设计是一个普遍存在的难题。为进一步研究高地震区高跨渡槽的结构设计,文章以MIDAS三维有限元分析软件为依托,以小庙箐渡槽为例,进行渡槽建模、三维有限元计算等过程,采用简支梁、桥梁设计中桥墩计算等方法,得出槽身跨中部位弯矩变形最大,重力式槽墩顶部位移最大,实心桥墩最大应力出现在中部而空心桥墩最大应力出现在墩侧,组合式基础中承台的表面会产生偏心拉压、桩端顶部出现最大拉应力和压应力等结论,在结构设计中应予以重视。

微型桩在某渡槽槽墩保护中的运用

随着中国经济的快速发展,基础设施大量建设,交叉建筑物越来越多,相互之间需要保护的情况也会经常出现。某渡槽因水闸的改扩建导致槽墩外露而需要保护,在选择保护方案时,从平面外轮廓和结构方案方面进行了综合比选,拟定了正方形、菱形及眼睛形等3种平面外轮廓,利用水工模型进行试验研究,选择了水流流态较好的眼睛形平面外轮廓;从场地施工条件等角度出发,对结构方案进行了综合比选,最终得出微型桩方案具有可实施性。该渡槽槽墩保护方案的成功实施,既保证了水闸的正常施工,又保障了渡槽的安全运行,作用巨大,效果良好,可供类似工程借鉴与参考。

某高架大跨梁式渡槽抗震及隔震分析

滇中引水工程场区具有地震频发、设防烈度高的特点,为保证其渡槽设施在地震下的安全性,以滇中引水工程某高架大跨梁式渡槽为研究对象,分析其抗震性能。通过大型通用有限元分析软件ABAQUS建立了考虑流固耦合作用的单跨渡槽模型,依据场区地质条件选取地震动,对盆式橡胶支座、铅芯橡胶支座及摩擦摆支座渡槽进行弹塑性动力时程分析。结果表明,隔震支座渡槽的槽身最大位移平均比盆式橡胶支座渡槽降低25.5%,最大墩底弯矩平均降低24.3%,隔震性能良好。盆式橡胶支座比隔震支座渡槽的损伤严重,槽身与槽墩的损伤部位分别为槽底支座处、槽壁变截面处及墩底。空槽工况下,铅芯橡胶支座渡槽的最大位移比满槽增加10.4%,最大墩底弯矩降低21.4%;摩擦摆支座最大位移及墩底最大弯矩分别降低20.9%及32.2%。铅芯橡胶支座的隔震周期受上部质量影响大,而摩擦摆支座的隔震周期与上部质量无关,因此摩擦摆支座更适用于渡槽结构。

U形渡槽预制模板自行行走系统技术改进

针对U形薄壁渡槽预制施工中槽身预制模板施工效率低、拼装工作繁杂及安全隐患大等问题,以施工集约化、机械化、自动化为目标,利用DA控制液压系统、伸缩套杆和电力驱动系统的有效组合,研制由外模总成、内模总成、端模总成、自行吊架等组成的槽身模板自行行走系统,并采用防错台高效模板夹安装槽身拉杆小体型模板。经在海南省某工程项目进行实践应用,实现了模板安装和拆卸简便、细部结构外观整体质量高,并有效降低了施工成本。

千里澄碧话丹水

湍河渡槽湍河渡槽位于河南省邓州市十林镇与赵集镇之间,是南水北调中线总干渠第一个大型控制性工程,也是世界上目前最大“U”型渡槽。渡槽长1030米,共18跨;单跨40米,单跨槽身重量达1600吨。在国内同类工程中,该渡槽跨度最大、单跨过水断面最大、单跨重量最大。

沙河渡槽:世界规模最大的渡槽

沙河渡槽工程是南水北调中线一期工程的组成部分,是为帮助南水穿越平顶山境内的沙河、将相河、大浪河等河流北上而修建的大型水利设施,担负着向沙河以北地区的输供水任务,因多项工程指标排名世界第一而被誉为“世界上规模最大的渡槽”。

装配式矩形截面带栏杆整体预制渡槽关键技术研究

结合某项目实际,通过采取装配式矩形截面带栏杆整体预制渡槽结构优化和模具改进等措施,解决了预制渡槽质量大、生产困难等问题,形成装配式矩形截面带栏杆整体预制渡槽生产工艺标准,有效保证了构件质量和工程项目的顺利推进,为类似项目提供参考。

镜铁山高寒矿区排水渠改造工程防结冰措施分析及断面设计优化

桦树沟排水渠是镜铁山矿区安全生产的关键工程,渠道冬季结冰后会出现渠道结冰冻害,严重威胁矿区曲轨平台及其他设施的安全运行,并造成局部水生态问题。为防止甘肃镜铁山矿业有限公司桦树沟渠道水在下游入渗至矿体,造成开采困难及安全隐患,采用人工改造方式对桦树沟排水渠进行改造工程,以保障矿区生产活动顺利和恢复局部水生态环境。改造结果表明,在渠道设双层聚氨酯夹芯板进行保温,并在进出口采用防寒门进行封闭的基础上,将原宽浅式梯形渠优化为窄深式“U”形渠,以增加小流量时的过流速度,实现了渠道冬季无结冰过流运行。改造后排水工程实施后经过4个冬季的安全运行,运行良好。由此可见,防寒保温、增大流速的综合防冰冻改造措施可实现高寒地区小流量渠道的冬季不结冰安全运行,这对寒冷地区冬季小流量排水工程设计及冬季安全运营起到一定的借鉴作用。

将军山渡槽除险加固工程建设的实施和建议

简述了将军山渡槽除险加固工程建设管理情况,在除险保安节水增效和改善环境推动发展上取得一定成效。但工程建设仍存在投入不足、管理水平不高、队伍建设有待提高等问题,试分享后期在工程建设管理方面的经验与建议以提高工程建设水平。