大型预应力U型薄壁渡槽的有限元分析

论文摘要

随着我国经济的迅速发展,我国部分发达地区出现供水不足或者分布不均的现象,且矛盾日益激化。为了解决水资源分布不均的现状,国家提出了南水北调的设想。渡槽是南水北调工程中重要的组成部分,由于其中很多渡槽的工程重要性和规模相当庞大,要使结构具有足够的抗裂性和抗渗性,普通的钢筋混凝土结构已不能满足要求,因此必须采用预应力钢筋混凝土结构。预应力混凝土不但具有较强的抗裂性和抗渗性,还可以减轻结构自重,充分利用各材料的强度以使结构经济合理。本文主要针对预应力渡槽进行分析与研究。(1)首先介绍了渡槽和预应力各自的发展背景,以及预应力损失的分布特点和计算方法。并与大型分析软件ANSYS相结合,讨论了在ANSYS中预应力的施加方法。结合实际工程,具体分析某大型渡槽的受力特点及变形规律。(2)利用ANSYS有限元软件对南水北调工程中沙河预应力渡槽进行了有限元分析,采用初始应变法达到施加预应力的目的,计算了槽身在完建期、设计水位、加大水位和满槽水位四种工况下的环向和纵向应力值,并对施加钢绞线前后计算结果进行了对比,得出渡槽槽身在配筋后具有足够的强度、刚度和稳定性,结构安全可靠,设计预应力方案是可行的。(3)由于沙河渡槽为U型结构,预应力钢绞线有纵向钢绞线和环向钢绞线之分,在施工过程中会出现张拉顺序的矛盾。采用有限元仿真分析,讨论并得出了最佳的施工方案,为组织施工提供了理论依据,以达到缩短施工工期、施工方便并保证施工安全的目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 渡槽的基本知识
• 1.2.1 渡槽的作用及发展
• 1.2.2 国内外渡槽的发展情况
• 1.2.3 渡槽的组成及类型
• 1.3 预应力混凝土结构的基本概念
• 1.3.1 预应力混凝土概念
• 1.3.2 预应力结构的产生与发展
• 1.3.3 预应力结构的现状与展望
• 1.3.4 预应力混凝土的分类
• 1.3.5 预应力混凝土的优缺点
• 1.4 预应力技术在混凝土渡槽中的应用
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 2 预应力损失的计算及ANSYS中预应力的模拟方式
• 2.1 预应力筋张拉控制应力
• 2.2 预应力损失的计算
• 2.2.1 锚具变形、预应力筋内缩引起的预应力损失
• 2.2.2 预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失
• 2.2.3 混凝土弹性压缩引起的应力损失
• 2.2.4 预应力钢筋的松弛引起的应力损失
• 2.2.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失
• 2.2.6 减小预应力损失的措施
• 2.3 ANSYS中预应力的模拟方法
• 2.3.1 分离式方法
• 2.3.2 整体式方法
• 2.4 单元的生死
• 2.4.1 单元的生和死
• 2.4.2 单元死活的作用原理
• 2.5 本章小节
• 3 沙河渡槽槽身的有限元分析
• 3.1 工程概况
• 3.1.1 工程规模
• 3.1.2 主要建筑物规模
• 3.1.3 设计依据及基本资料
• 3.1.4 沙河渡槽
• 3.2 沙河渡槽槽身的三维有限元建模
• 3.2.1 材料及支座特性
• 3.2.2 材料属性的确定
• 3.2.3 有限元建模
• 3.2.4 张拉控制应力及预应力损失
• 3.3 加载计算
• 3.4 渡槽结构分析
• 3.4.1 应力计算
• 3.4.2 位移结果
• 3.5 本章小结
• 4 钢绞线张拉顺序的优化研究
• 4.1 预应力钢绞线张拉的依据
• 4.2 预应力钢绞线张拉的步骤及工况
• 4.3 有限元模拟计算
• 4.3.1 有限元计算的模型和钢绞线张拉顺序的模拟
• 4.3.2 有限元计算的应力结果分析
• 4.4 各工况计算结果的应力分析
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果
• 个人简历
• 发表的学术论文
• 致谢