渡槽结构运行健康诊断及病损修复关键技术

1研究背景。渡槽工程作为农业灌溉、城乡供水、跨流域调水的关键性水利工程,具有线路长、建设标准低、运行周期长、跨越地区地质情况复杂等特点,在我国供水保障、农业灌溉等方面发挥了重要作用,也是解决我国水资源时空分布不均问题的关键举措。

大型钢桁架式渡槽结构地震响应研究

针对非一致地震激励下大型钢桁架式渡槽结构的隔震响应开展研究,依托实际工程在ABAQUS中建立了渡槽结构的整体有限元模型,给出了非一致激励的输入方法和摩擦摆隔震支座的简化模型,通过试验验证了摩擦摆隔震支座简化模型的准确性,并对一致激励和非一致激励、无隔震支座和有隔震支座的数值模拟结果分别进行了对比。结果表明:中墩正上方的桁杆为渡槽结构的最薄弱位置;非一致激励会显著增大渡槽结构,尤其是边跨的动力响应;在中墩顶部设置摩擦摆隔震支座能起到较好的隔震减震效果,提升桁架结构和槽墩的地震安全性。

基于Revit的水工渡槽结构参数化建模及应用

尽管参数化建模技术已受到广泛关注,但在水工建筑领域,尤其是渡槽结构的参数化建模研究仍相对较少。为了提升水工渡槽的数字化应用水平,本文基于Revit平台,进行了水工渡槽结构的参数化建模及其应用研究,构建了董家村渡槽的槽墩和槽身的参数化模型族。通过定义渡槽结构的关键参数及其相互关系,用户可以通过修改参数灵活调整渡槽结构的形状和尺寸,从而实现设计和优化的快速迭代。在未来的渡槽工程设计中,参数化建模技术有望成为主流设计方法,进一步提升渡槽设计的效率、精度、可靠性和标准化水平。

渡槽结构地震反应分析

本文简述某渡槽工程结构布置 ,结合抗震设计对计算条件、工况进行了分析 ,采用动力有限元法程序对该渡槽结构进行了计算。结果表明 ,渡槽内是否有水 ,以及部分槽道有水对结构整体的动位移均有一定影响。其中 ,中槽有水比边槽有水所产生的位移大 ,且位移分布复杂 ;河道是否有水对结构位移也有一定的影响。

我国渡槽结构典型破坏特征研究综述

为合理模拟渡槽损伤,客观评价渡槽结构安全,依据渡槽破坏实例,结合他人数值仿真、模型试验研究成果,归纳总结渡槽地震、风致、水毁、耐久性典型破坏特征。重点分析简支梁式渡槽桩基、支撑结构、槽身可能破坏模式。结果表明:桩基存在土体支承不足、桩身抗压能力不足、桩顶位移超限破坏模式;墩底易发生弯曲或剪切破坏,牛腿易剪切破坏,排架柱两端、连梁节点附近易破坏;槽身纵梁可能发生弯曲、剪切、弯剪组合失效,端横梁易损伤,底板跨中及两端、侧墙与肋板底部、上部拉杆易开裂;渡槽还存在开裂、碳化、剥落剥蚀、渗漏、钢筋锈蚀、接缝止水等耐久性破坏。

大型拱式U型薄壳渡槽结构的模态分析

采用三维有限元方法对拱式U型渡槽结构进行了模态分析 ,包括空槽、3.5m水深 (出于研究目的而采用的参数 )、设计水深和满槽水深等工况 .分析了流固耦合的渡槽结构的基本动力性能和水体对渡槽结构的影响 。

基于概率密度演化的渡槽结构抗震分析

应用随机过程的正交展开方法,将地震动加速度过程展开为标准正交基函数与标准正交随机变量的线性组合形式。在此基础上采用随机函数的思想,将正交展开式中的标准正交随机变量表达为基本随机变量的函数形式,从而实现用一个基本随机变量来表达原地震动过程的目的。结合地震动过程的正交展开-随机函数模型与概率密度演化方法,对某大型渡槽结构进行随机地震反应分析与抗震可靠度计算;重点研究空槽和三槽有水等四种工况下渡槽结构控制点位移以及控制截面内力的随机地震反应与可靠度,进而获得渡槽结构控制点和控制截面的地震反应概率信息。

大型渡槽结构随机地震反应与抗震可靠度分析

应用概率密度演化理论,分别研究了大型渡槽结构槽内水位变化以及水体与渡槽相互作用情况下的随机地震反应与抗震可靠度问题。分析结果表明,渡槽结构随机地震反应的概率分布呈现非规则分布,大型渡槽结构的随机地震反应与失效概率随着槽体内水位上升而显著增大。当槽体内水位一定时,考虑水体晃动对渡槽结构的影响,其地震反应却明显偏小,且抗震可靠度大幅提高。

考虑流固耦合的渡槽结构三维碰撞反应研究

渡槽结构在强烈地震作用下邻梁间发生的碰撞现象易对其输水安全造成重大影响。采用薄壁梁段单元和三维接触-摩擦单元借助FORTRAN程序建立了考虑流固耦合的渡槽结构整体三维碰撞分析模型,并通过工程实例进行了多工况下的地震碰撞反应分析。结果表明,随着槽内水深的增大,渡槽结构的地震反应普遍增大,邻梁碰撞次数、碰撞力和相对转角也随之增大;槽内水体固结和考虑流固耦合的碰撞反应峰值相差不大,但时程曲线差异较大,某些部位水体固结的解会小于流固耦合解,使固结简化的处理偏于不安全。研究结果可供大型渡槽结构抗震设计参考。

风载下渡槽结构体系位移控制的可靠度研究

以渡槽槽架结构的顶点位移和层间位移作为控制标准,提出了渡槽结构在风荷载作用下位移控制的可靠度分析模型;基于现行相关规范的规定,提出了渡槽槽架结构的顶点位移和层间位移限值;根据各种设计参数的随机特征,采用Monte-Carlo模拟与有限元结合的方法对渡槽结构体系位移控制的可靠度进行了研究,建议以1/550作为渡槽槽架结构的顶点位移和层间位移的控制指标值。

渡槽结构动位移的动力有限元分析

结合某渡槽工程实例,给出渡槽结构抗震设计的计算条件、工况,采用动力有限元法对该渡槽结构的地震反应和动位移进行了计算.计算结果显示,槽内是、否或全部、部分有水,对结构整体的动位移均有一定影响.其中,中槽有水比边槽有水所产生的位移大,且位移分布复杂;河道是否有水对结构位移也有一定的影响.所得结论为渡槽结构的抗震设计提供了依据.

基于三维接触-摩擦理论的渡槽结构地震碰撞反应分析

地震作用下渡槽梁体间的碰撞反应易对其抗震安全性产生重大影响。本文基于接触-摩擦理论,通过编制FORTRAN程序,建立了渡槽结构的三维动力分析模型,研究其在地震作用下的碰撞反应。结果表明,纵向地震输入是渡槽碰撞反应的控制工况;伸缩缝宽度增大,碰撞次数减少,但碰撞力峰值增大;渡槽的碰撞反应具有明显的地震动频谱敏感性,且随着槽内水深的增加而增大;碰撞会使梁端加速度反应明显增大,而使速度和位移反应趋于减弱;摩擦对渡槽纵向地震反应影响较弱,但对梁端横向位移反应和邻梁相对转角影响较大。

某混凝土渡槽结构水化热仿真分析

结合工程实际进行了水化热仿真分析,结果表明,通过采取外保(钢模外贴聚乙烯苯板对混凝土进行保温)、内降(混凝土结构内部通冷水管散热)相结合的防裂措施可以明显减小混凝土结构内的温度应力,现场实测所得混凝土各典型点的温度变化情况和仿真分析结果基本一致,说明了仿真分析结果的可信性和抗裂措施的可行性。

基于等效模型的波形钢腹板渡槽结构静力性能研究

淠河总干渠渡槽工程采用桁架式梁拱组合体系,主跨跨径达到110 m。槽身侧壁挡水板采用波形钢腹板。针对波形钢腹板结构,目前多采用建立三维精细化板壳模型的方法开展其结构性能研究,建模过程繁琐且计算效率较低。基于刚度等效原理提出一种将三维波形钢腹板简化为二维正交异性平钢板的等效分析方法。首先建立渡槽工程三维波形钢腹板精细化模型及采用简化方法等效的正交异性平钢板模型,然后开展自重和水荷载下结构静力性能分析,最后对比分析两类模型的静力分析结果及相对误差。研究表明:等效平钢板模型与三维精细化板壳模型计算结果吻合较好,等效分析方法具有较高的准确性和可靠性,可为波形钢腹板结构提供一种简便的分析方法,并显著提高计算效率。

LRB隔震渡槽结构地震响应的简化计算方法

为探究采用铅芯橡胶隔震支座的大型渡槽结构地震响应的简化分析计算方法,本文针对某大型隔震渡槽进行了7度顺槽向地震响应分析。比较了双质点双线性模型、单质点双线性模型、改进后的单质点双线性模型和有限元模型的计算结果。分析了槽墩刚度、阻尼比对计算结果的影响。分析计算表明改进后的单质点双线性模型计算简便并能够满足精度要求,可以运用于实际工程的初步设计中。

一种简支渡槽结构自振特性研究的方法

渡槽结构的模态分析是渡槽结构地震响应计算及抗震设计的基础 ,它包括自振频率的计算及主振型的分析 .利用梁段有限元建立分析模型 ,用结构模态分析的QR法计算其自振圆频率及各阶振型 ,结果与Timoshenko弯扭耦合梁理论解符合得很好 .这证明该建模及其计算方法是正确的、合理的 .

渡槽结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应

针对渡槽结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应问题,以南水北调中线某渡槽为例,采用M法模拟桩周土体对桩的作用,采用基于Housner理论的弹簧质量模型模拟槽身与水体的相互作用,并利用三维有限元建立了渡槽结构在爆炸冲击荷载下的分析模型。利用时程分析法分别计算了渡槽结构在空槽、半槽水深、设计水深3种工况下,遭受爆炸冲击荷载时所产生的位移和应力。结果表明:槽身的最大位移响应和最大应力响应均大于槽墩的,槽身中部的最大拉应力响应大于槽身两端的,侧墙顶端和底板中部拉应力响应相对较大,而槽墩上部的最大位移响应和最大应力响应又大于槽墩下部的;在空槽时,槽身内最大拉应力和最大位移响应最大,此时对结构最为不利。

基于非线性本构模型的渡槽结构抗裂性能分析

裂缝的存在直接影响水工结构的使用性、耐久性和安全性。正确预测结构可能开裂位置、判定开裂风险对合理采取抗裂控制措施具有重要的指导作用。采用自主开发的混凝土非线性有限元分析软件建立渡槽混凝土结构计算模型,分析了采用非线性本构模型时结构位移场、应力场。分析结果表明:考虑混凝土的材料非线性特性分析结构的位移场、应力场与采用线性本构模型的计算结果规律一致;但非线性本构模型可以更为精确的进行混凝土结构抗裂性能分析,在一些抗裂要求较高的建筑中应提倡考虑混凝土的材料非线性。

考虑参数-激励复合随机的渡槽结构非线性地震响应与抗震可靠性分析

地震灾害对渡槽结构的破坏受多种因素的影响和制约,混凝土力学参数的随机性和地震激励的随机性为两种较为重要的影响因素,会对渡槽结构的破坏模式产生显著影响。进行混凝土力学参数和地震激励两种随机性耦合作用下的渡槽结构随机动力响应分析,以某大型渡槽结构为例,提出考虑参数—激励复合随机的渡槽结构抗震可靠性分析方法。基于概率密度演化理论,该方法阐明了渡槽结构在复合随机作用下可靠性分析的基本原理和应用途径。与单一地震随机作用的比较研究发现,复合随机作用下渡槽结构的位移响应明显加剧,且位移响应产生的残余变形和位移的变异性较大;随着阈值的减小,渡槽结构在复合随机作用下的可靠度与单一随机地震作用下的可靠度之间的差距呈不断增大趋势,且渡槽结构在两种工况下的可靠度均不断减小。

渡槽结构动位移分析

根据渡槽的结构特点,应用ANSYS有限元分析软件,对实际工程中某渡槽进行了抗震分析,探讨了该渡槽在4种工况下的动位移变化范围,结果表明槽内是否有水对结构整体的动位移均有一定影响,所得结果可为该渡槽的抗震设计提供依据。