大型渡槽（精选5篇）
大型渡槽 篇1
1 工程概况
漕河渡槽是南水北调中线总干渠上的一座大型交叉建筑物, 位于河北省满城县西北约9 km处, 距保定市30 km。漕河渡槽建筑物全长2 300 m, 建筑物级别1级。渡槽槽身段又分为20 m跨架空段和30 m跨架空段两部分, 槽身均按3槽布置, 横向宽度为22 m, 单槽段面尺寸为6.0 m×5.4 m。槽身底板厚0.5 m, 边墙厚0.6 m, 中墙厚0.7 m, 上部设人行道板和拉杆, 边墙外侧竖向设侧肋, 底板下横向设底肋, 纵向设4根纵梁, 槽身在纵向、横向以及边墙的竖向3个方向分别设置了预应力钢绞线, 槽身混凝土等级为C50W6F200。
据以往同类工程的经验[1,2], 渡槽主梁和上部墙体等结构部分容易在早期温升和温降阶段产生温度和收缩裂缝, 特别是高温季节, 浇筑温度和环境温度都比较高, 温控问题更加突出, 这是目前工程建设和管理人员重点关注的问题。因此, 在工程施工前, 有必要对工程施工过程进行施工过程模拟, 从而得到合理的温控防裂方案。
2 计算参数
当地多年月平均气温如表1所示。
混凝土的热学性能计算值见表2。
绝热温升:θ (τ) =50.055 (1-e-0.251 τ1.98)
混凝土泊松比μ:0.167
徐变度:C (t, τ) =6.12× (1+9.20 τ-0.45) [1-e-0.30 (t-τ) ]+13.83× (1+1.70τ-0.45) [1-e-0.005 (t-τ) ]
混凝土抗拉强度的拟合关系式为:R=4.5×[1-e-0.586 τ0.576]
混凝土弹模的拟合值为:E=43.1 (1-e-0.588 τ0.552)
混凝土自生体积变形为:εV=186.66× (1-e-0.02 τ1.04)
3 计算模型及计算方法
漕河渡槽采用矩形3槽互联、上口带拉杆、底板加横梁的三向预应力混凝土结构, 简支支撑于重力墩上。槽身分两层浇筑, 第一层浇筑纵梁、底肋及底板至墙体底“八”字以上垂直段25 cm处, 高度325 cm, 方量约766 m3;第二层浇筑上部结构, 包括墙体、走道板及安装预制拉杆梁, 高度465 cm, 方量约458 m3。第一层和第二层浇筑间歇15～20 d左右。槽身第一层浇筑时间19～21 h、第二层浇筑时间13～15 h。
对于大体积混凝土, 由于分层浇筑, 各层浇筑时间和浇筑温度一般都不同, 边界形状和边界温度都比较复杂, 仿真计算采用理论求解非常困难, 有限元法则是解决这种问题有效成熟的方法[3,4,5]。
混凝土的温度与时间、空间的关系由混凝土热传导方程确定:
上述方程的初始条件和边界条件按下述情况设定:计算域重力墩基础底面及四周、计算域对称面均为绝热边界, 其他面为热量交换边界。其中,
绝热边界条件为:
热量交换边界条件 (考虑了阳光照射) 为:
式中:T=T (x, y, z, t) 为混凝土温度场函数;α为导温系数, α =λ/ cρ, m2/h ;θ为混凝土的绝热温升, ℃;λ为导热系数, kJ / (m·h·℃) ;ρ为密度, kg/m3;β为表面放热系数, kJ/ (m2·h·℃) 。
数学上已经证明, 满足温度场基本方程与边界条件的温度场函数T=T (x, y, z, t) , 也是下述泛函的变分:
求温度场T, 也就是求泛函J的极小值。
从而可以求得各单元的温度场变化方程:
对所有的单元进行合成, 进而可得考虑了内部热源、对流边界的瞬态温度场在t时刻的热平衡方程:
式中:[H]为传导矩阵;[R]为热容矩阵;[P]是与边界条件和内部热源有关的列向量。
由于混凝土弹性模量Ec (τ) 是随着混凝土龄期 而变化的, 温度应力需采用增量法计算, 把时间τ划分为一系列时段Δτi (i=1-→n) , 在第i个时段Δτi内, 温度应力增量为ΔTi, 平均弹性模量为E (τi) , 弹性应力增量为Δσi, 根据弹性徐变理论叠加原理, 将弹性应力增量累加后得到t时刻的弹性应力为:
式中:Δσi在三维空间内进行计算;K (t, τ) 为应力松驰系数;τ为混凝土龄期;t为导致温度应力的温差产生时刻距混凝土浇筑时刻的时段长度。
Δσi的求解, 是常规的外荷载作用下的结构应力与变形问题, 按常规算法求解。此处的荷载是温度差。
根据工程结构的对称性以, 建模时取一半结构参与计算, 有限元模型及有关特征点见图1。
在应力场仿真计算时, 假定计算域重力墩基底面为铰支座, 四周为连杆支撑, 计算域对称面也为连杆支撑。同时考虑到施工过程中, 漕身混凝土底面采用碗扣式 (扣件架) 落地满堂支撑, 因此, 渡槽混凝土结构底面采用连杆支撑。
计算过程中考虑的荷载除了包括混凝土结构的温度荷载外, 还有混凝土自重、体积变形和徐变变形引起的荷载等。在整个计算过程中, 对混凝土的施工过程、养护方式、环境条件、拆模时间等均进行模拟, 以提高仿真计算的可靠度。
在应力场仿真计算时, 假定计算域重力墩基底面为铰支座, 四周为连杆支撑, 计算域对称面也为连杆支撑。同时考虑到施工过程中, 漕身混凝土底面采用碗扣式 (扣件架) 落地满堂支撑, 因此, 渡槽混凝土结构底面采用连杆支撑。
计算过程中考虑的荷载除了包括混凝土结构的温度荷载外, 还有混凝土自重、体积变形和徐变变形引起的荷载等。在整个计算过程中, 对混凝土的施工过程、养护方式、环境条件、拆模时间等均进行模拟, 以提高仿真计算的可靠度。
4 计算结果分析
经过多个工况的优化计算分析, 可以逐步得到最优化计算工况, 限于篇幅, 这里只给出最优工况的结果分析。最优工况中, 不同的龄期采用不同的水管冷却措施, 早期给大流量低温水, 温度峰值后逐渐减小流量, 提高水温。具体计算结果分析如下。
取主梁上表面点1、内部点2、墩墙上表面点3、内部点4为特征点观察温度和应力的变化趋势。从温度历时曲线 (图2、3) 可以看出, 主梁1号点最高温为47 ℃, 内部点2号最高温为52 ℃。由于水管冷却的作用, 内外温差较小。在温降阶段减小流量和提高水温, 可以控制此时的混凝土降温速率减小;墙体特征点3点和4点 (图4、5) 温度峰值分别为45 ℃和30 ℃, 降温阶段的温降速率也受到冷却过程变化而减小。次梁表面和内部的温度变化规律和主梁混凝土温度变化规律一样。在槽身底板部位, 由于没有布置冷却水管, 冷却水温和流速的变化对其影响不大。
相应于温度场的时空变化, 应力场也发生了相应的变化。由于主梁混凝土温降速率减小, 混凝土表面和内部收缩产生的拉应力有所减小, 后期应力略有增大但不是很明显。对上部墙体而言, 由于水管冷却的作用, 内部最高温度的降低, 结构的内外温差和基础温差均相应减小, 早期和后期应力都有所减小, 其中内部4号点应力减小明显。就次梁而言, 应力变化规律同主梁, 应力趋向变小。
总之, 由于峰值前冷却水温较低, 使得混凝土温升幅度减小;峰值过后冷却水温升高, 使得混凝土降温速率减小, 冷缩应力变小。基础温差和内外温差的减小对混凝土施工期的温控防裂甚是有利。
5 防裂方案
经上述计算结果的分析与比较, 拟定如下高温季节施工防裂方案。
(1) 水管通水冷却方式。主梁:开仓浇筑期间, 流速为1.20 m/s, 流量为5.43 m3/h, 水温8 ℃;收仓至2.5 d内, 流速为1.20 m/s, 流量为5.43 m3/h, 水温12 ℃;2.5～4.0 d, 水温22 ℃, 流速和流量分别为0.60 m/s和2.72 m3/h;4.0～6.0 d, 流速和流量分别为0.30 m/s和1.36 m3/h, 水温25～30 ℃。
次梁:早期温升阶段, 次梁水管流速和流量分别取1.50 m/s和6.79 m3/h, 当次梁内部温度达到峰值后, 即可减小次梁水管流量, 流速和流量可分别降为原来的1/3, 即为0.50 m/s和2.26 m3/h。待这样通水2.0 d后, 将流速和流量再减为0.20 m/s和0.91 m3/h。
上部墙体:开仓浇筑期间, 流速为1.20 m/s, 流量为5.43 m3/h, 水温8 ℃;收仓至1.25 d内, 流速为1.20 m/s, 流量为5.43 m3/h, 水温12 ℃;内部温度达到峰值后, 控制流速和流量分别为0.60 m/s和2.72 m3/h, 水温在20 ℃左右。当墙体内部的温度降低至当天最高气温加2 ℃时, 水管冷却停止。
(2) 在主梁、次梁和底板钢模板外贴0.5 cm厚泡沫保温板进行表面的保温, 上层墙体高度3.30 m以下的钢模表面外贴1.0 cm泡沫保温板。
(3) 高温季节应严格控制混凝土的浇筑温度, 浇筑温度愈低愈好, 尽可能降低骨料温度, 同时严格控制泵送混凝土管道运输过程中的温升。此外还需特别注意混凝土水灰比的控制。
(4) 因上下层混凝土的实际浇筑时间很短, 分别约21 h和13 h, 混凝土浇筑所占施工时间很短, 因此混凝土的浇筑时间应尽可能选在阴天和晚上低温时段内, 应密切注意当地的气象预报。
6 结 语
南水北调中线漕河渡槽是目前国内最大的输水渡槽。通过混凝土温度场和应力场的有限元温度防裂仿真计算, 给出了施工期在高温季节的温控方案建议, 现场运用后, 没有出现早期的表面裂缝和后期的贯穿性裂缝, 工程质量得以保证。该大型渡槽高温季节施工温控仿真成果的成功实施, 对丰富我国乃至国际类似工程施工期裂缝控制经验、提高渡槽混凝土施工质量十分有意义。
参考文献
[1]刘勇军.水工混凝土温度与防裂技术研究[D].南京:河海大学, 2002.
[2]曹为民.水工立交地涵工程混凝土施工期温控防裂研究[D].南京:河海大学, 2003.
[3]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国电力出版社, 1999.
[4]朱岳明, 徐之青, 贺金仁, 等.混凝土水管冷却温度场的计算方法[J].长江科学院院报, 2003, 20 (2) :19-22.
[5]马跃峰, 朱岳明, 曹为民, 等.闸墩内部水管冷却和表面保温措施的抗裂作用研究[J].水利学报, 2006, 37 (8) :963-968.
[6]乜树强, 陈沛, 朱岳明, 等.高温季节泵站泵送混凝土施土的温控防裂方法研究[J].中国农村水利水电, 2008, (4) .
大型渡槽三向预应力槽身结构设计 篇2
南水北调中线工程属特大型跨流域调水工程, 它将丹江口水库的库水引出, 通过湖北、河南、河北向京津地区自流式输水。由于南水北调中线工程总干渠为自流输水, 水头紧张, 可以分配给各座渡槽的水头损失较小, 因而槽身过水断面很大, 不少渡槽水面总宽在25 m以上, 水深大于5 m, 水荷载特别巨大。由于工程的重要性及工程规模的庞大, 采用常规钢筋混凝土结构不但不易解决槽身结构防渗抗裂的问题, 还将造成槽身结构的槽壁与底板等很厚, 大大增加自重, 引起上部结构以及下部结构工程量的大大增加, 而使工程很不经济合理。因此, 为了达到增加渡槽跨度并减小槽身结构尺寸的目的, 槽身结构采用三向预应力混凝土结构体系, 利用预应力施工技术, 充分发挥材料的性能, 在满足材料强度及结构使用条件的前提下, 可有效地减薄底板及侧墙的厚度, 从而使工程经济合理。
1 典型工程的选取
南水北调中线大型渡槽分布在河南、河北省境内, 每座渡槽的过流流量、槽址处的水文及气象资料、地质情况等均不相同。为了有针对性的研究问题, 选择牛河南支渡槽作为本次研究的典型工程。
牛河南支渡槽位于邯郸市西部太行山东麓, 是滏阳河上游主要支流之一, 牛河南支渡槽渠道设计流量为235 m3/s, 加大流量265 m3/s。
2 槽身结构布置
为研究渡槽在不同跨度下的计算情况, 槽身按30 m跨及35 m跨两种跨度进行结构计算, 混凝土强度等级采用C50。
30 m跨槽身横向断面为3槽一联矩形槽多侧墙结构, 槽孔净宽7 m×3槽, 槽身底轮廓总宽为24.3 m。槽内设计水深6.0 m, 加大水深6.366 m。槽身内墙高 (底板以上) 6.8 m, 底板以下梁高跨中1.5 m, 跨端2.3 m, 侧墙总高跨中8.3 m, 跨端9.1 m。底板以上墙宽0.7 m (中墙) 、0.6 m (边墙) 。底板以下墙宽1.5 m (中墙) 、1.3 m (边墙) ;墙顶设翼缘板, 中墙板宽3.0 m, 边墙板宽2.7 m。底板厚跨中0.40 m, 梁端0.50 m。底板下设横梁, 跨中断面为0.7 m×0.4 m (高×宽) , 支座处断面为1.4 m×1.0 m (高×宽) ;墙顶设拉杆, 断面为0.5 m×0.35 m (高×宽) , 沿纵向间距均为2.5 m。
35 m跨槽身渡槽横断面构造基本与30 m跨结构相同, 为使渡槽底肋上缘钢束锚固端局部承压满足要求, 将边墙外侧下马蹄形截面加高10 cm, 并将底板横肋宽度由40 cm增加到52 cm, 间距由原设计2.50 m改为3.10 m, 同时将渡槽上缘拉杆间距由2.5 m改为3.1 m。槽身横断面型式见图1。
3 槽身预应力筋的布置
30 m跨与35 m跨槽身纵、横向预应力筋采用1860级钢绞线, 抗拉强度值为1 860 MPa, 张拉控制应力采用1 302 MPa。由于槽身断面大, 且水深较深, 因此槽身的纵向、横向及竖向均考虑预应力结构。根据相应结构部位的受力要求, 边墙底部纵向预应力筋配置12束7Φj15.2钢绞线, 为斜截面抗剪需要边墙端部弯起3束 (30 m跨) 或4束 (35 m跨) , 边墙顶部纵向预应力筋配置3束7Φj15.2钢绞线, 中墙底部纵向预应力筋配置15束9Φj15.2钢绞线, 为斜截面抗剪需要中墙端部弯起3束 (30 m跨) 或5束 (35 m跨) , 中墙顶部纵向预应力筋配置3束7Φj15.2钢绞线, 底板纵向预应力筋每间隔1 m布置1束5Φj15.2钢绞线。竖向预应力筋一方面承受由于水压力对侧墙产生的弯矩所造成的拉应力, 另一方面可以提高截面的抗剪能力。由于其长度较短, 采用精轧高强螺纹粗钢筋锚固体系进行计算, 它具有预应力损失小, 锚固简单, 安全可靠及施工方便等优点。根据结构受力需要采用Φ32的精轧螺纹钢筋, 边墙外侧布置Φ32@400 mm精轧螺纹钢筋, 边墙内侧及中墙两侧均匀布置Φ32@300 mm精轧螺纹钢筋。预应力筋总体布置图见2 (图为35 m跨预应力筋布置, 30 m跨端部弯起筋数量不同) 。
4 槽身结构计算
槽身结构计算首先采用结构力学方法, 将槽身分为纵向和横向, 分别按平面力系假定进行内力计算。①纵向承重:在考虑变形协调的影响后, 边梁简化为承担其自重和半槽水重荷载的不对称的I型简支梁, 中梁简化为承担其自重和整槽水重荷载的对称的I型简支梁;②纵向底板简化为以底部横梁为支撑的承受板自重和槽内水重的多跨连续板;③横向按平面刚构计算, 底板简化为以底肋为腹板, 渡槽底板为翼缘的T型梁、顶部拉杆, 横向计算以横梁间距为计算单元。
计算荷载包括自重、水压力 (计算分别按两边槽过水、中槽过水、三槽过水3种工况进行) 、温升、温降以及风荷载等。渡槽迎水面的侧墙和底板按严格不出现裂缝设计 (即不出现拉应力) , 其余按一般不出现裂缝 (即允许出现在限制拉应力系数下的拉应力) 设计。槽身纵向边、中梁主拉、压应力、纵向底板上下缘应力及横向主拉、压应力计算结果详见表1～3 (表中只列举35 m跨的计算结果, 30 m跨计算结果略小) 。
通过计算, 渡槽槽身纵、横向结构均能满足承载能力极限状态及正常使用极限状态要求。
由于此渡槽槽身断面大且复杂, 采用简化的结构力学平面力系的计算方法对于中小型渡槽经过工程实践检验是可靠的, 但对于南水北调中线渡槽这样的体形尺寸和规模, 尚无工程实例验证资料, 因此须再采用三维有限元计算程序对其进行模拟计算, 来验证采用上述结构力学方法进行分析的计算结果。经过三维有限元模拟计算, 计算结果均能满足要求。
5 结 语
为了使南水北调中线大型渡槽工程适应大跨度的需要, 并且尽量地减小槽身结构尺寸, 槽身结构应采用预应力混凝土结构体系, 利用预应力施工技术, 充分发挥材料的性能, 使工程经济合理。
摘要：南水北调中线工程属特大型跨流域调水工程, 由于工程的重要性及工程规模的庞大, 采用常规钢筋混凝土结构不但不易解决槽身结构防渗抗裂的问题, 还将造成槽身结构的槽壁与底板等很厚, 大大增加自重, 引起上部结构以及下部结构工程量的大大增加。因此槽身结构采用三向预应力混凝土结构体系, 利用预应力施工技术, 充分发挥材料的性能, 在满足材料强度及结构使用条件的前提下, 使工程经济合理。
大型渡槽 篇3
1 渡槽寒潮期温度场分析
1.1 计算模型
某大型预应力混凝土U型渡槽,以槽身一跨为研究对象,单跨40 m,内径8 m,宽9.3 m[3],取跨度方向一半建立仿真计算模型,如图1所示,共划分26 774个节点,20 432个单元。计算所采用直角坐标系为:坐标原点选在渡槽端部拉杆顶部对称点,X轴为垂直于渡槽水流的水平方向,Y轴为铅垂向上,Z轴沿渡槽水流方向。温度场计算时假定计算域支座底面、计算域对称面为绝热边界,其他面为散热边界,按第三类边界条件处理。
1.2 计算参数
混凝土主要热学参数如表1所示。
计算时水温取4 ℃,寒潮在6 h内降温10 ℃,之后气温保持日气温,则:
1.3 温度场计算结果分析
取U型渡槽运行期秋冬季通水状态,水位高度5.8 m,计算分析开始降温后3 d的渡槽温度场,计算时间步长为1 h。
渡槽在正常运行期秋冬季遭遇环境急剧降低,其底板、侧墙和翼缘外表面与外界环境接触,温度随气温的降低而降低,但降温幅度小于外界环境温度,降温速度也略滞后于环境气温(如图2所示)。图3为渡槽在降温结束时刻(即开始降温后6 h)、开始降温后30 h以及72 h的温度云图。结果表明,渡槽内表面与水直接接触,可以认为温度保持水温4 ℃不变。但外表面受环境降温影响急剧降低,温度变化规律基本同外界气温,造成渡槽内外较大温差。降温结束时刻,渡槽内外温差为6 ℃,滞后于外界气温降温幅度,随着时间的推移,外界气温维持在-14 ℃左右,渡槽外表面最低温度在降温结束后24 h为-12.81 ℃。其中,渡槽底板内外温差最大约为10.5 ℃,侧墙内外温差为8.9 ℃(如图4所示),可能导致结构表面应力过大而出现开裂。
2 降温幅度对渡槽温度场的影响
为了比较不同降温幅度对渡槽温度分布情况的影响,拟定降温5 ℃/6 h,10 ℃/6 h,15 ℃/6 h三种计算工况。图4中降温开始后渡槽底板内外温差均高于侧墙内外温差,故对降温幅度和降温速率的敏感性分析均针对渡槽底板。
不同降温幅度下渡槽底板内外温差如图5所示,由图5可见,不同降温幅度下,渡槽底板内外温差变化规律基本相同,降温初期随外界环境的下降而快速增大,在降温结束后随气温呈正弦波动变化。降温幅度越大,渡槽结构外表面温降速率及温降幅度越大,内外温差越大,温度分布的非线性程度越高,温度梯度也越大(如图6所示)。当降温幅度为15 ℃时,渡槽底板内外温差达到14.4 ℃,可能导致渡槽出现裂缝进而影响渡槽的正常使用。
3 降温速率对渡槽温度场的影响
为了比较不同降温幅度对渡槽温度分布情况的影响,拟定降温10 ℃/3 h,10 ℃/6 h,10 ℃/9 h三种计算工况。不同降温速率下渡槽底板内外温差如图7所示。不同的寒潮降温速率,渡槽结构表面最大温度降温基本一致,尤其在降温结束24 h后,三种工况下底板外表面温度时程完全相同,均随外界气温呈正弦变化规律。但降温早期温降速率越大,渡槽结构表面温度下降越快,降幅也越大,温度分布的非线性程度越高,温度梯度越大(如图8所示)。因此温降速率越大,降温早期开裂可能性越大。
4 结语
本文计算分析某大型U型渡槽在运行期遭遇寒潮急剧降温过程中温度场分布规律,并分析总结了不同降温幅度和降温速率对渡槽温度场的影响。结果表明:在渡槽正常运行期,遭遇环境气温骤降,导致较大内外温差,可能导致渡槽槽身出现裂缝,此时可采取必要的保温措施以抵御寒潮袭击,防止渡槽产生裂缝。
摘要：重点分析了不同降温幅度及降温速率对大型U型混凝土渡槽温度场影响,计算结果表明,秋冬季寒潮降温可能导致槽身出现较大的内外温差及温度梯度,导致出现裂缝,影响渡槽正常使用,应采取必要的保温措施以抵御寒潮袭击。
关键词：U型渡槽,寒潮,温度场,降温幅度,降温速率
参考文献
[1]季日臣,夏修身,陈尧隆,等.骤然降温作用下混凝土箱形渡槽横向温度应力分析[J].水利水电技术,2007(38):50-52.
[2]宋书卿.特大型空心渡槽运行期温度应力研究[D].武汉:武汉大学硕士学位论文,2005.
[3]王潘绣,赵海涛.大型U型渡槽正常运行寒潮期仿真分析[J].水电能源科学,2010,7(28):92-94.
大型渡槽 篇4
1 流固耦合动力有限元方程组
结构离散化以后, 在运动状态中各结点的动力平衡方程为:
{F1}+{Fd}+{P (t) }={Fe} (1)
在地震时, 设地面加速度为üg, 结构相对于地面的加速度为undefined结构各点的实际加速度为undefined地震时的结构运动方程为:
undefined
由于地震的影响, 结构的动力反应将发生显著变化, 无粘性水体做小振幅运动时, 动水压力的变化服从拉普拉斯方程:
∇2P=0 (3)
式中:∇2——拉普拉斯算子;
P——动水压力。
根据上述结构动力平衡方程、动水压力方程, 应用变分原理, 可以导出挡水面有任意加速度时的有限元方程:
undefined
2 Westergaard附加质量公式
根据结构动水压力及Westergaard附加质量法, 计算渡槽结构自振时槽体一侧单位面积水的附加质量可以按下式计算:
undefined
式中:Mw{z}——距离z水面处的附加质量;
z——计算点到水面的距离;
h——渡槽内水的深度;
ρ——水的密度;
η——折减系数。
3 计算模型的建立
庄浪河渡槽全长2194.8m, 共70跨, 最大净空高度40m, 设计引水流量18m3/s, 校核流量21.5m3/s。正常水深2.1m, 正常流量为18m3/s, 正常水深为1.85m, 槽壁厚20cm, 槽底厚50cm, 槽内侧宽4.5m, 槽内侧高3. 5m。水体的质量密度为ρ=1000kg/m3, 粘性系数为u=1. 435×10-3Pa·s;槽的材料弹性模量为2.1×1010N/m2, 质量密度=2.5×103kg/m3, 泊松系数0.167。
采用国际通用的大型结构分析程序ANSYS进行结构分析计算, 槽身槽底共划了4800个单元, 19200个节点, 底板, 槽身采用solid65, 附加质量采用mass21, 如图1～2所示。
采用的三维模型分三种工况计算:
工况一 无水, 见表1;
工况二 槽内正常水深为1.85m, 见表2;
工况三 槽内正常水深为2.1m, 见表3。
4 渡槽槽身振型, 如图3～12所示
5 结论
计算结果表明:1) 随着槽内水位的增高, 渡槽槽身的各阶自振频率依次递减;2) 流固耦合作用对渡槽槽身各阶振型亦有相应影响, 各阶竖向振型是独立的, 横向振型与扭转振型耦联;3) 渡槽槽内水体的横向振型与渡槽槽身横向振型同步, 当渡槽槽身振型以竖向弯曲为主时, 渡槽水体横向振型不明显。
摘要：结合考虑流固耦合的动力方程组, 采用附加质量法对渡槽进行动力响应计算。结果表明, 渡槽槽身与水体的动力相互耦合作用对渡槽结构自振频率影响较大, 故在分析渡槽结构的动力特性时必须考虑此作用;流固耦合作用对渡槽槽身各阶振型亦有相应影响, 随着槽内水位的增高, 槽身的各阶自振频率依次递减且竖向振型是独立的, 横向振型与扭转振型耦联;槽内水体与槽身的横向振型同步, 当槽身振型以竖向弯曲为主时, 渡槽附联水体横向振型不明显。
关键词：流固耦合,附加质量,ANSYS,地震作用,自振频率
参考文献
[1]甘肃水利水电技术编辑部, 甘肃省引大入秦工程建设指挥部.引大入秦工程建设技术研究[M].甘肃科学技术出版社, 1998:108-150.
[2]何建涛, 刘云贺, 孙蓉莉.附加质量模型在渡槽抗震计算中的适用性研究[J].西安理工大学学报, 2007 (3) :52-55.
[3]张俊发, 刘云贺, 王颖, 等.渡槽-水体系统的地震反应分析[J].西安理工大学学报, 1999 (4) :46-51.
[4]刘云贺, 胡宝柱, 闫建文, 等.Housner模型在渡槽抗震计算中的适用性[J].水利学报, 2002 (9) :94-99.
[5]吴轶, 莫海鸿, 杨春.排架-渡槽-水三维耦合体系地震响应分析[J].水利学报, 2005, 3 (36) :280-285.
[6]李正农, 孟吉复.多槽体渡槽的自振特性分析[J].武汉大学学报 (工学版) , 2001, 34 (4) :11-16.
[7]居荣初, 曾心传.弹性结构与液体的耦联振动理论[M].北京:地震出版社, 1983:115-154.
大型渡槽 篇5
在南水北调中线上建造的渡槽, 其中综合流量、跨度、重量、总长度等综合指标都排于世界同类渡槽首位, 国际上尚无设计先例。
1 工程简介
沙河渡槽段工程第二标段桩号SH (3) 4+504.1~SH (3) 8+038.1, 长3 534 m, 起点接沙河梁式渡槽出口末端, 渡槽轴线沿沙河梁式渡槽轴线向北, 途经叶园村西, 至小詹营村南约350 m处转向东北, 其轴线弯道半径为1 000 m、圆心角47.2°、弧长823.8 m。渡槽在詹营村的东南穿过将相河, 后沿马庄村西到达大郎河右岸与大郎河梁式渡槽连接。渡槽在桩号SH (3) 6+695.6 处与将相河交叉, 采用河穿渠形式连接, 在桩号SH (3) 7+279.5 处与鲁平公路交叉, 采用路穿渠形式连接。
箱基渡槽一般每20 m一节, 槽身采用矩形双槽布置形式, 为C30 钢筋砼结构, 槽身净宽2×12.5 m, 槽身侧墙净高7.8 m, 槽身底板兼作涵洞顶板, 侧墙为变断面型式, 下部宽1.25 m, 上部宽0.5 m, 侧墙顶部设净宽1.5 m人行桥。下部支承结构为箱形涵洞, 洞身长与上部槽身对应, 单联长15.4 m, 顺槽向每三孔一联, 相应每节槽身每节长20 m (鲁平公路两侧个别槽节长度有变) ;涵洞孔宽5.5~5.8 m, 孔高为5.5~9.1 m。槽底比降1/5 900。
2 箱基渡槽工程
2.1 箱基渡槽施工主要程序
本标段渡槽为矩形并行双槽结构, 施工时双槽按左右槽单独分开作业, 且应错开2~3 节以减少施工干扰。
箱基渡槽混凝土按设计要求分块施工, 拟分为六层浇筑:箱基底板、箱基侧墙 (4 m以上分两仓浇注) 、顶板 (含部分箱基侧墙和槽身侧墙) 、渡槽侧墙 (分两仓浇注) 。垫层混凝土每块按一层浇筑;箱基底板浇注至倒角及以上30 cm侧墙处;箱基侧墙浇筑到顶板倒角以下80 cm侧墙处;顶板浇筑到槽身底板倒角以上30 cm侧墙处 (在并行槽中, 先浇槽槽身内侧浇筑至顶板倒角以上45 cm处) 。
2.2 箱基渡槽施工工艺流程
箱基渡槽施工工艺流程图见图1 所示。
2.3 模板工程主要施工方法
2.3.1 模板设计
根据结构物布置特点、工程量及施工工期要求, 箱基渡槽拟分6 个工区同时平行施工, 见表1 所示:
模板设计和配置按六个工区进行。
箱基涵洞部分模板主要采用以P6015 (面板4.0 mm厚) 为主, 配置部分P3015、P2015、P1015 国标模板以及部分异型模板 (面板4.0 mm厚, 55 系列) ;槽身部分主要采用大型钢模板 (面板6.0 mm厚, 86 系列) 和部分异型止水端模 (面板4.0 mm厚, 55 系列) 进行拼接。
分层配模具体方式如下:
(1) 箱基渡槽底板外侧采用侧模包端模形式, 通过散装国标钢模和部分异型模板进行拼装, 套筒螺栓拉条加固, 过流面采用钢管做样架控制;内侧八字模采用定型钢模板, 竖背肋为8# 槽钢, 横向为双排钢管, 拉条固定。
(2) 箱涵段边墙、中墙采用P6015 国标组合钢模, 局部区域用小型钢模拼接, 横、竖背肋为双8# 槽钢, Ф20 锥形螺母拉杆穿墙对拉加固。因本标段涵洞净高5.5~9.1 m, 现结合分层高度对模板配置如下:
一工区涵洞净高较大, 模板按3.6 m进行配置, 分两仓浇筑, 模板整体提升一次;
二工区涵洞净高差异性较大, 模板按4.2 m进行配置, 6.2 m以下 (含6.2 m) 净高涵洞侧墙仅需一仓浇筑即可, 其余净高侧墙分两仓浇筑;
三工区涵洞净高差异性差异性较大, 模板按4.6 m进行配置;
四工区涵洞模板按4.6 m进行配置;
五工区涵洞模板按4.6 m进行配置;
六工区为新划分的施工区, 涵洞侧墙整体高度差异性较大, 模板按4.2 m配置, 6.2 m以下 (含6.2 m) 净高涵洞侧墙仅需一仓浇筑即可, 其余净高侧墙分两仓浇筑。
(3) 箱涵顶板采用WDJ碗扣式钢管排架支撑 (详见《箱涵碗扣架支撑图》) , 小型钢模配组合钢模作底模;顶板外侧端模采用国标模板、异型模板及止水模板。在并行槽中, 先浇槽槽身内侧浇筑至顶板倒角以上45 cm处, 比后浇槽内侧底腋角高出约15 cm, 方便后行施工。
(4) 渡槽槽身侧墙采用大块钢模和端部止水异型模板, Ф20 锥形螺母拉杆穿墙对拉加固;此外, 并行槽的后浇槽内侧墙身模板背部桁架支撑, 上口及下口通过预埋螺栓套筒对拉。箱涵混凝土模板施工详见《箱基渡槽模板施工布置图》。
模板制作采用优质材料, 以满足模板强度、刚度、平整度的要求。模板安装精度必须在设计允许偏差范围内, 模板支撑牢靠稳定, 做到不漏浆。模板拆除后及时清洗、清除固结的灰浆等脏物, 并在模板安装前涂刷脱模剂或新柴油。安装时应检查标高及轴线, 确保模板安装精度及稳定性。
2.3.2模板安装
(1) 涵洞模板
涵洞大块组合钢模板采用16 t或25 t汽车吊进行安拆, 根据测量放样控制模板高程和方向; PVC管套穿Ф20 对拉拉条, 需抽出重复使用。局部小块组合钢模板采用人工安拆, 背肋为双钢管, 拉杆固定。涵洞顶板采用国标模板 (面板4.0 mm厚) , 人工散支散拆, 吊车配合垂直运输。涵洞内“八”字角模安装完成后, 为防止“八”字角砼翻浆, 可在水平面铺设一块P3015 钢模压脚, 初凝前拆除抹面。
(2) 槽身模板
槽身侧墙模板利用底板“八”字角对拉螺栓作下部支撑点。外侧模板采用16 t或25 t汽车吊进行安拆;内侧模可采用仓面小型吊车或简易运模桁车进行安拆。
(3) 封头模板
涵洞及槽身端头, 采用小块钢模板现场拼装和加固。
2.3.3 模板拆除
当混凝土强度达到设计或规范规定的拆模强度时可进行模板拆除;大型模板采用吊车、小块模板人工拆除。涵洞顶板模板人工调松顶托、拆除模板, 在支架上部拆除部分支架形成通道, 在涵洞出口端用钢管搭设工作平台, 人工搬运模板至工作平台, 吊车吊下码放整齐。
3 结束语
该工程模具量迄今为止是全国乃至世界水利史上之最。在模板规划时, 主要考虑到工程质量要求高、模板工程量大, 为保证混凝土的外观质量和施工工期, 模板的标准化、机械化促使作业水平有了很大的提高。但是, 本工程施工单循环周期较长, 模板投入的材料量较大, 如何做到更加标准、通用和低施工成本, 是在以后的施工中还需解决的问题, 期望通过本工程案例给大型输水工程提供一定借鉴的经验。
参考文献
[1]DL/T 5144-2001.水工混凝土施工规范[S].北京:中国电力出版社, 2002.
[2]DL/T 5169-2002.水工混凝钢筋施工规范[S].北京:中国电力出版社, 2003.
[3]JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2000.
[4]SL176-2007.水利水电工程施工质量检验与评定规程[S].北京:中国水利水电出版社, 2007.
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