MARC软件在溢洪道预应力闸墩结构分析中的运用
江坪河坝溢洪道预应力中墩应力分布特性
１ 工程概 况
江坪河水 电站位于湖北 省鹤 峰县境 内 ， 坝型 为混凝土 面板
堆石坝 ， 坝高 ２０ｍ， １ 总库 容为 １． 亿 ｍ ， ３１ ］ 电站总 装机 容量 ４ ０ ５ Ｍ ｗ。泄水建筑物包括 ２孔溢 洪道和 １ 泄洪 放空 洞。开 敞式 孔 溢洪道控制段 由 ＷＥ 用堰 、 Ｓ实 边墩 、 中墩 组成 。单 孔孔 口宽 １ ４ ｍ， 控制段 闸墩 高 ３ ． 两孔 口中心线 间距 为 ３ 闸墩厚 ３ ７ ５ｍ， ５ｍ， ｍ。各孔控制堰为独 立的 整体 结构 ， 两孔 控制 堰之 间设 置结 构 缝 ， 为两个独立 的整 体结 构。每孔设 弧形工作闸 门， 门支撑 分 弧 为 Ｃ ０混凝土牛腿式锚块结 构 ， ４ 闸墩采 用 Ｃ０预 应力 钢筋混 凝 ３
图 １ 竖 直 预 应 力 锚 束布 置 示 意
２ ２ 计算假定与有限元网格 ．
控制段及其岩石基础 都近似 假定为各 向同性 、 匀连续 的 均 线 弹性 体 ， 岩石基础 不考虑 其质量 。控 制段建 基面混凝 土假定 为不透水体 ， 水压 力 、 库 风浪压力 、 压力均只作用在相关面上。 扬 闸墩控制段混凝土结构 主要采用 ８ 节点六面体等参单元 离 散 ， 索采用 ２节点杆 单元模拟 。对 于离散的杆 单元模 拟施加 锚 预张拉力可采用杆单元施加温度荷 载法 或者 初始应变 法。本 文
Ｊｎ ， ２ ０ ｕｅ ０８
江 坪 河 坝 溢 洪 道 预 应 力中 墩 应 力分 布 特 性
姚 艳 华 彭 刚 陈 灯 红 张 微 微
（ 三峡大学 土木水 电学院 ， 湖北 宜 昌 ４ ３０ ） ４（ ２ １ 摘 要 ： 于线 弹性 三维有限元方法 ， 基 对江坪河水 电站溢洪道控 制段 中墩 进行 了整 体空 间应 力与 变形分析 ， 到 得 了其典型工况下的应 力与位移分布规律 。根据 有限元计算结果 ， 价 了中墩混凝土结构 的预应 力效果 ， 评 最后 探
MSC.MARC在水工结构工程中基岩自重应力场模拟的运用
MSC.MARC 在水工结构工程中基岩自重应力场模拟的运用卢军河海大学土木工程学院，江苏南京（210098）E-mail ：lj97101226@摘 要：在大型的水利水电工程中，在岩体中存在着地应力场。
初始地应力是进行水工设计中要考虑的重要因素，尤其在高拱坝设计中，地应力场对坝肩稳定性有着重要影响。
因此在利用MSC.MARC 有限元软件进行水工结构工程数值仿真计算中，应采用有效的方法来模拟初始地应力场。
关键词：水工结构，地应力场，高拱坝，坝肩稳定，数值仿真中图分类号：TV31. 自重应力场模拟方法介绍地应力主要由构造应力与自重应力构成，前者一般通过现场钻孔应力释放法确定，后者大都根据理论与经验进行估算。
目前主要有两种方法来施加初始地应力场，第一种方法是根据现场测得的某些点的地应力值，通过线性回归得到一组在不同区域以深度为自变量的应力分量函数；第二种方法是当初始地应力的分布规律已知时，按地应力公式直接施加在各个节点。
本问主要考虑由自重应力产生的地应力场。
初始地应力场中的垂直地应力按自重应力计算：y i i H σγ=∑水平地应力: x y σξσ=⋅ξ为侧压力系数,i γ为各岩层容重，按浮容重考虑,i H 为计算范围各岩层的厚度。
[1] MSC.MARC 有限元软件进行水利工程非线性分析时，可以根据以上公式计算出离散网格中所有节点的初始自重应力，利用自编程序将结果文件（*.t19）中各个单元的高斯点应力转换为MSC.MARC 软件能够识别的格式，并通过init stress 选项将其作为初始自重应力施加到各个单元的高斯点上。
由于在施加了初始地应力场后的系统并没有处于平衡状态，也就是说，单元中的每一个节点还处于不平衡状态，因此必须在系统中施加与初始自重应力场对应的等效节点力向量，使各个节点保持平衡，从而系统也处于平衡状态。
即按以下方式施加初始自重应力场：（1）直接按照自重应力场公式计算出各个节点的自重应力（为了减少坝体单元对自重应力场模拟效果带来的影响，在进行拱坝、重力等坝自重应力场模拟时，可以将坝体单元杀死，在后续的计算中再将其激活），从*.t19文件中提取各个单元的高斯点应力，并将其作为初始自重应力以init stress 的形式加入到系统中，形成一个假想的初始自重应力场0σ；（2）将基岩的自重荷载加入到loadcase 中进行非线性迭代求解，以平衡第（1）步施加的init stress ，此时基岩的自重荷载就是与初始自重应力场对应的等效节点力向量。
溢流表孔预应力闸墩结构三维有限元分析
第 １ 期
三峡 大 学 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｆ Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｔｈ ｒ ｅ ｅ Ｇｏ ｒ ｇ ｅ ｓ Ｕｎ ｉ ｖ ． （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ １ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）
Ｖ ｏ１ ． ３５ Ｎｏ ．１ Ｆｅ ｂ ．２ ０１ ３
ｐｉ ｅ ｒ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ ｏ ｎ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ｐ ｉ ｌ ｌ ｗａ ｙ ． Ｔｏ ｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｗ ｈｏ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｃ ｏｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｏ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ａ —
（ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｃｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｎ ｃ ｙ ＆ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｈｏ ｈ ａ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ．，Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ８ ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
２ Ｏ １ ３年 ２月
溢 流 表 孔 预 应 力 闸墩 结 构 三 维 有 限 元 分 析
姚 倩 任 旭 华 张 继 勋 杨 安 玉 刘 益锋
（ 河 海大 学 水利 水 电学 院 ，南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ）
摘要 ： 对 溢流表 孔 闸墩结 构应 力分布 和 变形性 态 的 了解 与把 握 是设 计 中应 解决 的关键 技 术 问题 之
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｉ ｔ ｉ ｓ ａ ｋ ｅ ｙ ｐｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｔ ｏ ｕｎ ｄｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕｔ ｉ ｏｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎｃ ｅ ｏ ｆ ｐ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ
浅谈溢洪道闸墩抗裂及扇形钢筋不足问题解决方案
文章 编号 ： ６ ４ ０ ８ （ ０ ０ ０ （ ） ０ ７ — １ １ ７ — ９ Ｘ ２ １ ） ３ ｂ一 ０ ０ ０
绞线 采 用 ７ ｍｍ高 强 低 松 弛钢 绞 线 ， 绞 中５ 钢 方 案 四 与 方 案 三 类 似 ， 别 在 于 方 案 区 线抗 拉 强 度标 准值 为 １ ６ ｎ ｍｍ ， 绞 线 四是 在 混 凝 土 内部 钻 孔 ， 闸 墩 表 面 结 构 ０ ／ 钢 ８ 对 张拉 吨 位 １ ｔ 预应 力 损 失 不超 过 １ ％。 ， ８ ５ 中墩 混 凝 土影 响较 小 ， 预应 力锚 索 吨 位较 大 ， 需 双 侧 共 布 置３ 根 钢绞 线 ， 侧 １ 根 ， 墩 布 动 用 地 质 钻机 成 孔 ， 孔较 大 ， 闸墩 内 部 ６ 每 ８ 边 钻 对 置ｌ根钢绞线 。 ４ 影 响 大 ， 工 精 度 要 求 高 ， 准 确控 制 钻 孔 施 需 ＃， 钢筋 为５ 号钢 筋 和热 轧 一级 钢 筋 。 中墩 扇 方 案 四 ： 扇 形 钢 筋 有 效 配 筋 范 围 内 ， 位 置 ， 制 对 扇 形 钢筋 造 成 破 坏 ， 工难 度 在 防 施 形 筋 共 配 置 两 层 ， 层扇 形 筋 扩 散 角 度 为 进 行 闸墩 混 凝 土 内部 钻 孔 ， 墩 混 凝 土 成 相 对 较 大 。 外 闸 ４ ． 。 共 配 置 审３ ｒｍ， 号钢 钢 筋２ 根 ， ８５ ， ２ ａ 五 ８ 相 孔 后 设 置 预应 力锚 索 ， 经计 算 中墩 设 置４ 根 经 综 合 比 较 ， 荐 方 案 三 为 本 次 溢 洪 推 邻 钢 筋 夹 角 １ ４ ； 二 层 扇 形 筋 扩 散 角 预 应 力 锚 索 ， 侧 在牛 腿 上 、 各 布 置两 根 道加 固 处 理 方 案 。 。８ 第 每 下 某 水库 溢 洪 道 溢 洪道 孔 口宽 １ ｍ ， ２ 闸墩 厚度 ２ ０ 牛腿 厚度 为 １ ４ ， 度 １ ８ ， ． ｍ， ．ｍ 宽 ．ｍ 高 度为３ ２ 弧 门推 力５ ０ ＫＮ， ．ｍ， １０ 弧门 推力 与水 平 交 角 １ 。 ６ ５ 混 凝土 强 度指 标 为Ｒ２ ０ ８ ２ ２ 。 ０ ３ 。 共配 置 审３ ｍｍ， ６， ２ 五号 钢钢 筋 １ 根 ， 邻 预 应 力锚 索 ， 应 力 锚 索 中心 线 距 离 闸 墩 ５ 相 预 钢 筋 夹 角 ２ ３ 。 腿 附 近 的 扇 形 筋 为 由 。４ 牛 表 面０ ５ 预应 力锚 索长 １ ． ｍ。 ． ｍ， ６ ４ 中墩预 应 ３ ｍｍ， 号钢 钢 筋 ， 热 轧一 级钢 筋焊 接 而 力 锚 索 由９ ７巾５ ２ 五 和 根 ｍｍ钢 绞 线组 成 ， 应 力 预 成， 在靠 牛 腿 端 为 五 号 钢 筋 ， 散 段 为 热 轧 锚 索 张拉 吨 位 为 １ ２ ； 墩 预 应 力锚 索 由７ 扩 ｔ边 ５ 级 钢筋 ， 形筋 扩 散 长 度为 １ ｍ。 扇 ０ 根 ７ ５ ｍ钢 绞 线组 成 ， ｒ ａ 预应 力锚 素 张拉 吨 位 为 １ ０ 。 绞 线采 用 高 强 低 松 弛 钢绞 线 ， ｔ钢 ３
天生桥一级水电站溢洪道闸墩结构分析
描蜓单元端 号
２ 结 构 分析
２１ 计算模型 ．
计算采用 Ｓ ｐｒ Ａ ｕｅ Ｐ９ Ｓ ３年版本 ， 该程序计算准确 ， 并有较强的前后 处理功 能。此处 主要 以中墩为例 ， 边 墩仿此 模 型 由闸 墩、 堰体及 基 础岩体 （ 取深 ４ ｍ 组 ） 成， 按结构 分缝 （ Ｅ中 心 ） 孔 Ｉ 划分 ， 形 以闸墩 中心 线 体 为对称轴 。计算模 型如图 ２所示 ， 网格剖 分根 据结构 体形和锚索布置综合 考虑 ， 共剖 分三维 八节 点六面体 单元 １ ６ 个 ， ０ 节点 ｌ８２个 （ 墩单 元 ｌ ３ 个 ， ２ ＿ ９ 边 ９ 节点 ３
腿对 应 ， 种结构可 晟大 限度 地发挥 锚束 作 用 ， 这 其结
构简 图如图 ｌ所 示 。技施 设 计 阶 段 ， 用 新 型预 应 采
力锚块 ， 置主锚索 每侧 ８束共 １ 布 ６束 Ｏ Ｍ １ —１． Ｖ ５ ９
其 控制 张拉吨位 为 ３５ＭＮ 永存 吨位为 ３０ＭＮ 取 ． ， ． ， 消斜次锚 索 ， 牛腿 上水 平次锚索 ２排各 ７束共 １ ４柬 ㈣ １ ５—１ ， 控 制张 拉 吨位为 ２ ３／ 永存 吨 位 ２其 ． ｄ Ｎ，
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Ｃ ５ Ｎ ３一ｌ １ ， Ｋ １２１
７４ Ｉ ｓ ０ ６— ３ ５ ｓ Ｎ１ ０ ９１
云南 水 力 发 电
Ｙ ￣７ 仟 Ｉ ＂４ Ｉ Ⅳ ７ ｍ Ｅ
第１ ８卷 第 １ 期
天 生 桥 一 级 水 电 站溢 洪 道 闸墩 结 构 分 析
。
和 常 规 锚块 进 行 了三 堆 有 限元 分 析 ． 并肘 模 型试 验 及 原 型 观 测成 果 作 了介 绍 关键 词 ：天 生 一 级水 电站 ； 洪 道 ； 溢 闸墩 结 构 ； 应 力 混 凝土 预 中 圈 分类 号 ： Ｖ ２ ２＋ Ｔ ６２ 文 献 标ｉ 码 ：Ｂ 爱 文 章编 号 ：ｉ０ —３ Ｉ２ ）ｌ Ｏ ０ ０６ 蛄 ＜ ２０ — 口 ６
某水电站泄洪闸预应力闸墩的三维有限元分析
，
●
的基 本前 提是要建立钢筋 和混凝 土的本 构关 系 ， 在此 基础上 必须 土结构 中 ， 钢筋处 于单轴受 力状态 ， 应力应变关 系相对 比较简单 ， 合理选取单 元模型用于模拟 预应力钢筋 和混凝 土材料 ； 而这 两种 用 Ａ Ｓ Ｓ模拟钢 筋单 元采用双折线 型本 构关 系和随动强 化准则 Ｎ Ｙ 材料 的破 坏准则和收敛 准 则的 合理 选择 则直 接影 响着 计算结 果 （ ＫＩ 。其单元应 力应 变关系的总刚度矩 阵表 达式为 ： Ｂ Ｎ） 的正确性和可靠性 。
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２００７年 １０ 月
第３ ３卷 第 ２ ９期
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥ（ ＵＲＥ
Ｖ０． ３ Ｎｏ． ９ １３ ２
Ｏ ｔ ２０ ｃ． ０ ７
・８ ・ １
文章编号 ：０ ９６ ２ （０ ７｝９０ ８ —２ １ ０ —８ ５ ２ ０ ２ —０ １０
等 Ｊ 。网格密度 、 步数 的选取 一般 凭借 工 程经 验 ， 子 对收敛 精 度 实 常数时 ， 直接给 出初 始线应变 ， 这个作用 也可为模 型的预应力 ， 而言 ， 可考虑通过放宽 收敛条件来 加速 收敛 ， ＮＳ Ｓ默认 的 收敛 Ａ Ｙ 钢筋 的线应变公式如下 ： 准则 为 １ ， ‰ 一般可放宽到 ５ ％。 ￡ Ｎ Ｐ ＥＡ ＝ ， ｏ
应变关 系而得 的 ， 可以表示 为 ：
。 。 。 。 是通 过在 各 向同性材 料 中插 入各项异性 的应力 主要用于模拟三维 混凝 土 和预应 力混 凝土 单元 。其实 体模 型具 凝土 的刚度 矩阵 ，
有拉裂 、 压碎 、 性变形 及徐变 、 元 生死等 性能 ； 塑 单 同时具有 八个
基于MSC.Marc软件的面板堆石坝静力分析
基于MSC.Marc软件的面板堆石坝静力分析
冯龙龙;苏晓丽;李星
【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(36)3
【摘要】为了能够较好地模拟面板堆石坝的施工及蓄水过程,利用MSC.Marc软件的子程序功能实现非线性弹性邓肯-张模型,通过生死单元技术进行分级加载,从而对面板堆石坝进行非线性有限元计算.对某混凝土面板堆石坝进行非线性分析,文中给出了河床中央剖面(2号剖面)和面板应力和变形的等值线分布图以及1号和3号剖面的应力和位移值.计算结果表明:坝体和应力以及变形规律比较好,但面板在靠近河床两端出现较大的拉应力,实际工程应予以重视.
【总页数】5页(P14-18)
【作者】冯龙龙;苏晓丽;李星
【作者单位】河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京 210098;河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,南京 210098;河海大学水利水电学院,南京 210098;河海大学水利水电学院,南京 210098;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京 210098;河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,南京 210098;河海大学水利水电学院,南京 210098
【正文语种】中文
【中图分类】TV314
【相关文献】
1.混凝土面板堆石坝三维有限元静力分析 [J], 乔吉平;王艳洲
2.基于邓肯E-B模型的面板堆石坝应力变形分析——以毛家河水库面板堆石坝为例 [J], 余华
3.混凝土面板堆石坝静力分析 [J], 苏丹
4.西林水库面板堆石坝应力变形的三维非线性静力分析 [J], 黄祥志
5.基于MSC.Marc软件的面板堆石坝加高的可行性研究 [J], 屠立峰;包腾飞;陈波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
溢洪道预应力闸墩锚索施工常见问题及对策
度 、预埋 件 安 装 及 锚 下 混 凝 上 质量 缺 陷等 问题 。结 合 国际 ： 巴贡 水 电 站 的 施 工 灾 际 ，分 析 了 问题 出 现 的原 因 ，给 Ｔ程
出了解 决 『 题 的 办法 ，并 被 后 续施 工所 验 证 。 丌 Ｊ
关 键 词 ：预 应 力 闸墩 ；锚 索 伸 长 值 ；测 力 计 ；千斤 顶 ；读 数 偏 差 ；灌 浆 体 强 度 ；巴 贡水 电站
ｉｓａｌ ｔ ｎ ａ ｃ ｎ ｒ ｔ ｕ ｌｔ ｆ ｃｓ ｏｔ ｎ ａ ｐｅ ｓ ｉ ｈ ｏ ｓｒ ｔｏ ｆｓ ｌｗａ ｅ ｓ ｗｉ ｅ— ｔｅ ｓｎｇ ｔ ｎ ｎ．Ｗ ｉ ｎ ｔｌａｉ ｎｄ ｏ ｃ ｅｅ ｑ ａ ｉｙ ｄｅｅ ｔ ｆｅ ｐ ａｒ ｎ ｔｅ ｃ ｎ ｔｕｃｉｎ ｏ ｐｉｌ ｙ ｐｉｒ ｔ ｐｒ ｓｒ ｓ ｉ ｅ ｄｏ ｏ ｈ ｔ ｈ
Ｈｙｄ ｏ ｗｅ ａ ｉｎ ｒ ｐｏ ｒＳｔｔｏ
中图分 类 号 ： Ｖ ５ ． ；Ｔ ６ ． （ ３ ） Ｔ ６ １１ Ｖ６ ２２ ３ ８
文 献标 识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：５ ９ ９ ４ ２ １ ）３ ０ ６ — ４ ０ ５ — ３ ２（ ０ ０ ０ — ０ ３ ０
０ 引
言
善 弧 门 支 撑 结 构 的 应 力 条 件 ． 采 用 了 预 应 力 闸 墩 中墩 的 锚 拉 比 为 ２２．边 墩 锚 拉 比 为 １６ 闸 墩 编 号 ． ．５
（ｉｏ ｙ ｒ ｎ ｉｅ ｒ ｇＢ ｒａ ｏ， ｔ．Ｃ ａ ｇｈ ｎ ｎ４１０ ７） Ｓｎ ｈ ｄｏＥ ｇｎ ｅｉ ｕｅ ｕ ８Ｃ ．Ｌｄ， ｈ ｎ ｓ ａＨｕ ａ ０ ｎ ０
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅｔｎ ｏ ｌｎ ａ ｏ ｒ ｒ ｒａ ｉｇｄ ｖ ｔ ｎｏ ｙ ａ ｏ ｔ ｎ ｃ ， ｒｕｉｇｂ ｄ ｔ ｎ ｔ， ｍ ｅ ｄ ｄ ｐ ｒ ｓ ｃ： ｈ ｅ ｄ ｎ ｅ ｇ ｔ ｎ ｅ ｏ， ｅｄｎ ｅ ｉ ｉ ｆ ｎ ｍ ｍｅ ｒ ｄｊ ｋ ｇｏ ｔ ｏ ｙ ｓ ｅ ｇ ｅ ｂ ｄ ｅ ａｔ ｒ ｏ ｉ ｒ ａｏ ｄ ｅａ ａ ｎ ｒ ｈ ｓ
某水电站溢洪道导墙坝段有限元应力分析
导墙稳定性较 低 ， 同时 枢纽布 置的需 要 ， 导墙 断面 、 受力 复杂 ， 结合闸墩预 应力结 构分析 ， 据结构 分缝 、 根 混凝 土 分区等成 果对溢 洪道堰 闸段运行期 和施工期 的稳定 、 应 力状态进行分析 ， 动力 分析要求 采用 动力法 。导流 时， 明
渠 的水 面高 程 见 表 １ 。 表 １ 导 流 时 明渠 的水 面 高 程 ／ ｍ
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｆａ ｈ ｄ ｏ ｌｃｒｃｄ ｍ ｐ ｌ ｙ ｇ ｄ ｌ，ｗｅ ｃ ｌｕ ａ ｈ ｔｅ ｓｏ ｔａ ｔ ｓ ｄ ｏ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｙ ｒ ｅ ｅ ｔｉ ａ ｓ ｉｌ ｕｉｅ ｗａｌ ｗａ ａｃ ｌ ｔｔｅ ｓｒ ｓ ｆ ｓ ｉ ｗａ ｕ ｄ ｌ ｗｉｈ ｔ ｅ ａ ｐ ｉａｉｎ ｏ ｅ ｅ ａ ｐｌ ｙ ｇ ｉ ｅ ｗａｌ ｔ ｈ ｐ ｌｃ ｔｏ ｆ ｇ ｎ ｒ ｌ—ｐ ｒ ｏ ｅ ｆｎｔ ｌ ｍｅ ｔａ ｌｓｓ ｓ ｆｗａ ｅ ． Ｔｈ ｌ ｕ ｐ ｓ ｉ ｅｅ ｎ ｎａｙ ｉ ｏｔ ｒ ｉ ｅ ｅ
第１ ６卷第 ６期
２１ ０ ０年 ６月
水 利 科技 与 经 济
Ｗ ａｅ ｎ ｅ ｖ ｎ ｙ Ｓ ｉｎｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎｄ Ｅｃ ｎ ｍｙ ｔｒＣｏ ｓ ｒ ａ ｃ ｃｅ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｏ ｏ
Ｖ０ ． ６ Ｎｏ ６ １１ ．
Ｊｎ ２ １ ｕ ．，０ ０
某 水 电 站 溢 洪 道 导 墙 坝 段 有 限 元 应 力 分 析
黄耀华 ， 春武 ， 廖 陈兴周
（ 国水 电顾 问 集 团 西 北勘 测设 计 研 究 院 ， 安 中 西 ７０ ６ ） １０５
［ 要］ 以某水 电站溢 洪道 导墙 坝段 为研 究对 象， 用大型 通 用有 限元计 算软 件 对溢 洪道 导 摘 应 墙 坝段 进 行 了应 力计算 ， 到 溢洪道 导墙 坝段 整体 、 得 主要 部位 的 第一 主应 力 、 第三主 应 力 ， 算 计 结果基 本符合 实际情 况 ， 为在 施 工期 的导墙 安全 结构设计提 供 了可靠的 参考数据 。 这 ［ 关键词］ 导墙 ； 限元 ； 力分析 有 应
BIM技术在水利工程中的应用实践以涵闸建模为例
3、添加约束和参数
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为了使模型更加真实，需要添加各种约束和参数，如尺寸约束、物理属性、 力学性能等。这些约束和参数可以使得模型更加接近实际情况，提高设计的准确 性和可靠性。
4、可视化设计与方案优化
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通过BIM技术的可视化设计，可以直观地观察到各部分结构的设计效果，有助 于进行方案优化和比选。同时，可以在建模过程中及时发现和解决潜在的问题， 提高设计质量和效率。
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1、BIM技术
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BIM技术是一种基于三维模型的信息化技术，通过建立三维模型来表达建筑物 的几何形状、空间关系、材料属性等信息。BIM技术具有信息丰富、可视化程度 高、可协同设计等优点，为工程设计和施工提供了强有力的支持。
பைடு நூலகம்
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CAD技术是一种计算机辅助设计技术，通过使用专门的软件来进行图形设计和 绘制。CAD技术可以帮助工程师快速完成工程设计，提高设计效率和准确性。
四、BIM技术优势和不足
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3、投入成本较高：BIM技术的应用需要投入大量的人力和物力资源进行系统 的建设和维护，因此成本相对较高。
五、未来展望
五、未来展望
随着科技的不断进步和工程管理水平的不断提高，BIM技术在水利工程中的应 用将越来越广泛。未来，BIM技术的发展将更加注重以下几个方面：
五、未来展望
1、技术创新：随着计算机技术和工程管理水平的不断提高，BIM技术的不断 创新和发展将成为必然趋势。未来将会有更多的技术创新和应用，提高BIM技术 的实用性和可靠性。
某水电站溢洪道闸室正常运行期三维有限元分析
某水电站溢洪道闸室正常运行期三维有限元分析- 工程设计简介：为了验证溢洪道闸室结构在正常运行期的安全性与合理性，本文运用三维有限元方法，对闸室结构的位移、应力、抗滑稳定等情况进行了计算分析。
计算结果表明：闸室的位移、应力、抗滑稳定等情况均满足相关要求，闸室结构安全、体型合理。
关键字：溢洪道闸室三维有限元结构设计1、概述某溢洪道闸室长50 m，堰上游宽81.45 m，下游宽72 m。
堰顶高程209 m，由4孔15m宽×21.09 m高的设闸溢流堰组成，堰体上游坡度为1：0.667，堰面曲线为Y=0.04285X1.85。
闸墩末端宽度为4 m，最宽处约6.5 m，闸墩采用预应力混凝土结构。
闸室设弧形工作门和钢叠梁检修门，门库设在左侧。
基础齿槽高程190.00 m，在齿槽内设帷幕灌浆检查排水廊道。
闸墩顶设交通桥。
溢洪道闸室构筑在岩石地基上，正常运行期水位为228.00m。
该闸室存在结构复杂、闸墩较高等特点，而传统计算方法难以反映截面突变、刚度变化等因素对力学性能的影响，也不能准确描述关键部位的应力状态和变形情况，因此，需要在传统计算方法外辅以有限元法进行校核补充。
本文采用三维有限元方法研究了溢洪道闸室在正常运行期的位移、应力、抗滑稳定等情况，为闸室的结构设计提供了参考依据。
2、计算模型 2.1 三维有限元模型溢洪道闸室三维有限元计算模型的计算范围为：闸室上游侧取1.5倍闸室高度，下游侧取2.0倍闸室高度，左右两侧和基础分别取一倍闸室高度，闸室高度取46.5m。
基岩与闸室混凝土按固结处理。
采用空间六面体和四面体等参单元对整体结构进行网格剖分。
网格剖分时主要参照以下四个原则进行[1]：（1）在现有计算机内存和硬盘等外部条件限制下，尽可能多地增加单元和节点数量，以提高计算精度。
（2）溢流堰、中间三个闸墩、牛腿等部位基本采用全六面体网格剖分；左右边墩及挡水坝结构复杂，采用四面体网格剖分；基础岩体采用四面体网格剖分。
某水电站泄洪洞预应力闸墩三维有限元分析
2） 应力分析结果。施工期由于无弧门推力作 用， 闸墩颈部拉应力不大， 上游侧颈部拉应力最大 值为 0.218 MPa ， 拉应力从上至下逐渐减小。上游 侧最大压应力为 2.457 MPa ， 位于颈部底部， 下游 侧最大压应力为 2.373 MPa ， 在颈部上部。 深梁中大部分拉应力小于 0.5 MPa， 局部拉应 力在 0.5～1.0 MPa 范围内。深梁及闸墩颈部均为 压应力， 最大压应力 12.0 MPa， 位于主锚束锚固端。 施加预应力后， 闸墩颈部拉应力值低于 0.6 MPa ， 闸墩中多为 0.2 MPa 以下拉应力区。在 自重和预应力锚束作用下， 闸墩中沿主锚束方向 形成一压应力区， 最大压应力值低于 5.0 MPa。 施工期底板表面受拉， 底面受压。拉应力最 大为 0.61 MPa ， 位于底板表面中部区域。最大压 应力值为 1.4 MPa ， 位于弧门底坎附近。 3.3 工况 3 计算成果 1） 位移计算结果。平行锚束布置推荐方案正 常运行期， 主锚束单束永存吨位 3 400 kN ， 次锚束 单 束 永 存 吨 位 2 000 kN 。 运 行 期 荷 载 为 闸 墩 自 重、 主、 Байду номын сангаас锚束的预应力和弧门推力。闸墩结构的 整体位移最大值 2.058 mm ， 位于闸墩下游顶端。 支承梁总位移最大为 1.843 mm ， 位于深梁下游主 锚束锚固端。 深梁沿弧门推力方向位移基本向上游位移， 最 大 值 为 0.681 mm ， 位于深梁下游主锚束锚固 端。弧门推力附近， 深梁小范围向下游位移， 值为 0.249 mm。 运行期闸墩总位移最大值 2.058 mm ， 闸墩下 游顶端位移较大。闸墩底板总位移 1.168 m ， 位于 底板下游侧上层。 2） 应力分析结果。运行期闸墩颈部最大拉应 力 1.544 MPa。无预应力锚束中， 弧门推力通过支 承梁在闸墩颈部产生较大的拉应力， 最大值达 3.01 MPa。施加预应力锚束后， 在结构自重、 弧门推力、 预应力锚束的共同作用下， 锚束产生的预压应力正 好可以削减掉弧门推力引起的闸墩颈部集中的拉 应力， 使 得 该 部 位 的 拉 应 力 由 3.01 MPa 降 低 到 1.544 MPa， 从而满足了闸墩颈部的限裂要求。 从支铰底座中心沿弧门推力方向的截面中，
例析泄洪闸闸墩滑模技术的应用
例析泄洪闸闸墩滑模技术的应用1 工程概况右岸洪闸闸墩，长40m、宽4m、高40m，上游为圆弧型，下游为鱼尾型。
根据现场工期要求，对7座闸墩采用滑模方法施工。
2 滑模设计2.1 滑模装置的主要内容模板系统（包括模板、围圈、提升架）；操作平台系统（包括造作平台、料台、吊脚手架、随升水质运输设备等）；液压提升系统（包括液压控制台、油管、千斤顶、支撑杆等）；精度控制系统（包括千斤顶同步、建筑物轴线和垂直度等的控制与观测设施等）。
2.2 模板系统模板系统就是将约束混凝土的空间形状，选择模板时需要结合混凝土侧压力、冲击力、滑升速度、混凝土与模板摩擦力综合计算得出。
模板应该具有通用性、拆装方便和足够的刚度。
2.2.1 模板：滑模模板采用δ=4mm钢板制作，加劲采用角钢（∠40×40×4）焊接形势，上游及下游的曲线段采用6mm厚钢板现场制作，门槽转角部位用∠60×60×5角钢作为模板，模板的高度为1200mm，为了滑升过程中千斤顶分担在模板与混凝土摩擦力上的动力更少，实际制作的模板需要考虑锥度，按照5mm 控制（单面倾斜度0.2%～0.5%）。
2.2.2 围圈：围圈的作用是固定已经加工好的模板，杜绝“胀模”，计算式需要考虑浇筑混凝土时传递给模板的压力机围圈的自重，滑模模板不允许有几何变化，需要考虑垂直荷载（模板自重和模板滑动时的摩擦阻力）和水平荷载（混凝土侧压力）。
滑模上下围圈均采用∠80×80×8角钢制成，弦杆采用∠63×63×5的角钢制成，两围圈间距为500mm，上围圈距模板上口210mm，桁架梁节与节之间采用焊接。
2.2.3 提升架：提升架宜设计成适用于多种结构施工的形式。
实际的垂直于水平荷载验算过程中必须有足够的刚度。
提升架用钢材制作，可用单横梁“п”型架、双横梁的“开”型架（分别为3.9m 缝墩、3.4m中墩）或单立柱的“г”型架，横梁与立柱必须刚性连接（上下横梁及立柱均选用16槽钢，用∠80×8角钢作加强筋），立柱的侧向变形不大于2mm。
某水电站溢洪道预应力闸墩计算分析
某水电站溢洪道预应力闸墩计算分析
裴松伟;唐克东
【期刊名称】《中原工学院学报》
【年(卷),期】2012(023)002
【摘要】应用三维有限元方法对某水电站溢洪道预应力闸墩进行了计算分析,论证了预应力锚索上游锚固端位置和形式的合理性,优化了预应力锚索的布置方案和永存吨位.研究结果可为同类结构的设计提供参考.
【总页数】4页(P58-61)
【作者】裴松伟;唐克东
【作者单位】华北水利水电学院,郑州450008;华北水利水电学院,郑州450008【正文语种】中文
【中图分类】TV314
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5.里底水电站溢洪道竖井式预应力闸墩应力及应变分析 [J], 李振龙;李守义;范瑞朋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
力控组态软件在河道水闸防洪排涝综合管理系统中的应用中的应用
力控在河道水闸防洪排涝综合管理系统中的应用关键词：闸门监控、防洪排涝、实时数据库pSpace、地理信息系统GIS 力控监控组态软件、力控eForceCon SD、FCPower1.行业背景1.1．现状我国地形复杂，降雨多集中在夏季，且雨量大，由于历史原因，防洪排涝管、渠网缺乏总体规划，设施陈旧、闸站分散，大多靠人工观察雨量和水情，人工控制闸门，手抄记录数据，资料整理繁琐，当大潮、暴雨袭击时，排涝往往顾此失彼，防洪排涝工作十分被动。
闸门作为水利系统最基层的工程之一在防洪抗灾中扮演了重要角色，在防洪、保护工农业生产和人民生命财产安全以及环境保护等诸多方面都发挥了巨大的积极作用，但由于我国闸门综合自动化监控技术比较落后，每年因防洪不利、排涝不及时造成巨大的经济损失。
1.2．需求分析为了进一步发挥泵站闸门的综合利用效益,尽可能减少洪涝灾害的损失，提高调度管理的决策水平，建设闸门综合自动化监控信息系统是必不可少的。
闸门综合自动化监控信息系统主要是通过计算机监控系统检测所到达的闸门上、下游水位、闸门荷重、闸门启闭状态与开度、图像信息自动化采集与传输，达到能够在监控中心远程控制闸门启闭以及闸门自动控制和系统联动；通过实时图像可以直观了解闸门的运行工况以及周边环境。
现场通过PLC 来控制闸门启闭设备，通过闸门开度仪实时确定闸门的开度，通过闸门荷重仪实时确定闸门荷重，并通过水文水利计算，根据实测水文资料，自动设定闸门开度，提高自动化控制程度，减少人工误差。
通过设立保护装置，能对执行过程中发生的意外情况进行及时处理。
在闸门自动化监控中心结合远程图像监控系统、地理信息GIS系统，可实现无人值守闸门自动化控制。
本文结合某市闸门控制的实际情况采用北京三维力控科技有限公司自主开发的大型SCADA软件ForceControl6.1、实时数据库pSpace建设大型闸门综合自动化监控信息系统。
2.河道闸门综合管理系统方案设计2.1．方案设计简介结合该市的具体情况，本着安全可靠的设计原则采用分散控制、分层管理、集中调度的设计原则，该闸门综合自动化监控信息系统由三级网络组成，分为调度中心站、分中心站、闸门本地控制站。
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带闸墩溢流坝控泄工况二维与三维数值模拟李静;李丹;姜伯乐【摘要】引入水气两相流模型,利用k-ε紊流模型模拟银盘水电站带闸墩坝面上的复杂紊流流场,采用非结构网格来处理复杂的边界形状,采用有限体积法进行迭代求解.通过二维和三维模拟计算得到坝面水流的水面线位置、坝面压力分布以及流线分布情况,并将二维和三维数值模拟结果与物理模型试验结果进行对比分析.结果表明,与二维计算结果相比,三维计算结果与物理模型试验结果吻合程度更高,特别是对进口压力与水跃发生点的模拟,三维模拟更加准确.%By introducing the air-water two-phase flow model, the k-ε turbulence model was employed to simulate the complicated turbulent flow fields on the surface of overflow dam with frusta of Yinpan Hydropower Station. The unstructured grids were used to treat the irregular boundaries, and the finite volume of fluid method was applied to the iteration of calculation. The curvilinear free surface, velocity and pressure distributions were obtained by means of 2D and 3D numerical simulations. The results of 2D and 3D numerical simulations were compared with the test data. A conclusion is drawn that compared with those of 2D numerical simulations, the results of 3D numerical simulations fit physical model test ones better. Especially for the pressure on the inlet and the occurrence positions of hydraulic jump, 3D numerical simulations are more accurate.【期刊名称】《水利水电科技进展》【年(卷),期】2011(031)006【总页数】4页(P10-13)【关键词】溢流坝;闸墩;k-ε紊流模型;数值模拟【作者】李静;李丹;姜伯乐【作者单位】长江水利委员会长江科学院,湖北武汉430010;武汉大学水资源与水电工程国家重点实验室,湖北武汉430072;长江水利委员会长江科学院,湖北武汉430010【正文语种】中文【中图分类】TV131.2;TV135.2目前对带闸墩溢流坝过坝水流的三维数值模拟比较少见,这主要是由于三维模拟的计算网格单元数急剧增加,闸墩的存在加大了网格划分的难度并且使整个流场变得异常复杂。
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某溢洪道堰闸段静力和抗震性能三维有限元分析李亚军【摘要】运用ANSYS软件对某溢洪道堰闸段静力及抗震性能进行了三维有限元分析,并采用振型分解反应谱法探讨了顺水流向和横水流向两种地震作用效应,为堰闸段的结构设计提供了依据.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2013(039)024【总页数】2页(P229-230)【关键词】堰闸段;有限元;振型分解反应谱;抗震性能【作者】李亚军【作者单位】中国能源建设集团有限公司,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TV651.10 引言根据水力设计要求，溢洪道堰闸段的闸墩墩头型式应满足过堰水流平顺的要求［1］，一般采用圆弧或其他曲线型式。
针对这种不规则的结构形状，采用简化的材料力学法求解应力、位移的精度不能满足闸室设计要求，而三维有限元法可以求解结构形状和边界条件均复杂的力学问题［2］。
本文针对某溢洪道堰闸段的实际工程，建立堰闸段结构的三维有限元模型，分析结构在最高运行水位下的静力作用［3］，并采用振型分解反应谱法分析顺水流向和横水流向两种地震作用效应［4，5］。
本文的计算分析结果，为堰闸段的结构设计提供了依据，也可为类似工程提供参考。
1 工程概况某水电站工程溢洪道堰闸段长50.00 m，堰上游宽81.45 m，下游宽72.00 m。
堰顶高程 209.00 m，由 4孔 15.0 m(宽)×21.09 m(高)的设闸溢流堰组成。
堰体上游坡度为1∶0.667，堰面曲线为Y=0.042 85X1.85 。
堰闸段纵向分缝位于每孔的中心线处，闸墩末端宽度为4.00 m，最宽处约6.50 m，闸墩采用预应力混凝土结构。
堰闸段设弧形工作门和钢叠梁检修门，门库设在堰闸段左侧。
堰闸段基础齿槽高程190.00 m，在齿槽内设帷幕灌浆检查排水廊道。
闸墩顶设交通桥。
2 基本资料2.1 计算模型堰闸段模型按照设计图纸进行建模，坝体周边按实际设计体型考虑，构筑物基础面按设计开挖形状考虑。
BIM技术在水利工程设计中的运用分析钱荣兵
BIM技术在水利工程设计中的运用分析钱荣兵发布时间：2023-05-31T06:10:06.681Z 来源：《工程建设标准化》2023年6期作者：钱荣兵[导读] 水利工程主要项目包含防洪、水力发电、农业灌溉、优化河道和城市给排水、港口航道和生态保护等方面的工作，是一项十分关键的民生工程项目。
因而，在项目执行前，必须在前期地质环境调研和水文资料的基础上，融合实际的工程项目建设规范和标准进行设计工作。
目前，根据水利工程项目建设目标，融合成本管理和工程项目建设过程中，可运用BIM技术开展三维数字模拟，在设计和工程施工全过程中，通过持续调节和提升主要参数，保证工程项目构造的可靠性和安全性，从而确保各项活动的成功开展。
四川水发勘测设计研究有限公司四川成都 610072摘要：水利工程主要项目包含防洪、水力发电、农业灌溉、优化河道和城市给排水、港口航道和生态保护等方面的工作，是一项十分关键的民生工程项目。
因而，在项目执行前，必须在前期地质环境调研和水文资料的基础上，融合实际的工程项目建设规范和标准进行设计工作。
目前，根据水利工程项目建设目标，融合成本管理和工程项目建设过程中，可运用BIM技术开展三维数字模拟，在设计和工程施工全过程中，通过持续调节和提升主要参数，保证工程项目构造的可靠性和安全性，从而确保各项活动的成功开展。
基于此，本文详细介绍了BIM技术的定义，简略剖析了BIM技术在水利工程中的运用优势，随后讨论了BIM技术在水利工程设计中的有效运用。
关键词：BIM 技术；水利工程；设计运用引言：在水利工程项目建设中，BIM技术的合理运用可以推动水利工程设计水准的提高。
但是，因为BIM技术在水利项目工程设计中的运用仍处在发展环节，无法最大程度地发挥 BIM 技术的优点。
因此，水利工程设计工作人员必须提升BIM技术的科学研究和运用，从而应对出现的难题，基于此，文章主要以BIM技术为关键，进一步提升水利项目工程的设计品质和水准[1]。
水库溢洪道泄洪闸结构设计的有限元分析
水库溢洪道泄洪闸结构设计的有限元分析摘要：水闸是水库中多见的挡水条房屋建筑。
它根据开启和关掉水利闸门来操纵总流量，进而调整闸室的水位线。
水闸在水利工程中起着特别关键的功效，因而运用于水利工程的各行各业。
但是，在大部分水闸设计方案中，水闸底板和闸墩的估算和设计方案是单独开展的，但这些方式比较简单，不可以直接地体现闸室构造的总体作用，乃至造成数值与实际情况不符合。
文中以蛟桥闸为例子，选用有限元原理对水库泄洪闸的总体设计进行分析。
关键词：水库；泄洪闸；闸室结构1工程概况某水闸闸门共有8个孔，每一个孔宽4米。
闸室为开放式构造，闸底板顶高程为31.00米（1985年我国高程规范，相同）。
闸门底板为混凝土结构仰拱，无缝，顺水流方位长10.0米，竖直河面长39.0米。
为砖墩构造，厚1.0m，岸壁为砖箱，顺水流方位长10.0m，顶宽0.75m，前墙高4m。
升降平台中下游侧有一座全宽7.5m、宽度6.5m、路面设计标高36.80m的混凝土预制拱式桥梁，选用混凝土结构平面图闸门，每扇闸门由两个构成。
闸门由胶木粉滚轮支撑点，路轨由高韧性地砖做成。
门高4.0m，宽4.3m，自身重量5.5t，配有手电两用 10t 螺杆式启闭机。
上下游翼墙为水泥地面水泥砂浆砖重力式挡土墙，顶宽0.4m，顶高33.50m，墙高4.50m，上下游翼墙连接0.18m厚砖护坡，顶层连接15.0m长1.0m厚黏土基础垫层。
毛毯上的砖裙厚0.18米。
铺盖卷与底板中间，铺盖卷与上下游翼墙底板中间，用沥青麻布袋防水，翼墙与闸墙相接处用沥青油毡防水。
中下游混凝土护坦长8.0m，厚0.4m，高程从31.00m下滑到30.20m，产生一个深0.8m的溢洪道，消力池后是一个长30m，厚0.3m的拱涵块，高程从31.00m下滑到30.00m，与湖底高程同样。
底端有1.5m深的齿墙，无妨冲槽。
中下游砖砌护坡长30m，倾斜度从11.5慢慢变成12，护坡尾端设定齿型墙。
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MARC软件在溢洪道预应力闸墩结构分析中的运用张天刚X(国家电力公司昆明勘测设计研究院,云南昆明650051)摘要:糯扎渡水电站溢洪道最大泄量31318m3/s,为国内排名第一、世界第四;泄洪水头182m,泄洪功率55860MW,均为世界第一位。
闸门控制段设置8孔15m@20m(宽@高)弧形闸门,闸墩厚4.5m,最大弧门推力达38510kN,设计采用预应力混凝土结构。
在结构分析时,运用了MSC公司的MARC软件对闸门运行的各种工况进行了分析,得出了相应的结构应力成果。
文章详细介绍了预应力闸墩有限元分析过程及应力计算成果。
关键词:MARC;模型;闸墩;三维有限元;结构分析中图分类号:TP319文献标识码:A文章编号:1006-3951(2004)05-0060-041概述糯扎渡水电站溢洪道为岸边开敞式建筑,在PMF洪水下最大泄洪流量为31318m3/s。
闸门控制段净宽151m,设置8孔15m@20m(宽@高)弧形闸门,闸墩厚4.5m。
采用孔口分缝,中墩为倒/T0形结构,缝间宽度19.50m,边墩为贴壁式/L0形结构,边墩厚度为4.0m。
弧门支撑结构型式为悬臂支撑,即牛腿结构。
弧门最大推力达38510kN,常规混凝土结构难以保证其在长期持续荷载作用下的正常使用。
为此,设计采用预应力混凝土结构。
本文仅介绍中墩结构的预应力锚索布置及其有限元分析情况。
预应力锚索的布置见图1。
主锚索每侧10束共20束,其控制张拉力为3.60@106 N/束,永存张拉力为3.00@106N/束,总的控制张拉应力为7.20@107N,总的永存预应力为6@107N,弧门的有效预推比为1.56,在国内外的工程实践中属于领先水平。
为使预应力效果最佳,主锚索的布置方向与最大弧门推力方向相同。
总的次锚索根数为20束布置方向为垂直主锚索,其控制张拉力为2.30 @106N/束,永存锚索力为2.00@106N/束,次锚索总的控制张拉力为4.60@107N,总的永存张拉力为4@107N。
为了了解闸墩在各种工况(预应力施工期、中墩双侧过流时、闸墩单侧挡水时、闸墩双侧挡水时)下的受力情况,由此要用三维有限元对闸墩结构进行分析。
2结构分析2.1计算模型本次计算采用MSC公司的MARC软件对闸墩进行三维有限元分析,分析对象主要为中墩。
模型由闸墩、堰体、及基础岩体组成,按结构分缝(孔口中心)划分,体形以闸墩中心线为对称轴,计算模型如图2所示。
网格剖分根据结构体形和锚索布置综合考虑,共剖分三维八节点六面体单元15253个,节点6534个。
模型的约束条件为:仅在所取模型岩体下表面各个节点施加约束;由于闸墩上部设有交通桥、检修门槽和操作室等,为方便计算和网格划分并借鉴已有工程计算经验,顶部结构参与结构计算,因检修门槽基本在张拉端外,计算中未考虑。
图1闸门中墩预应力锚索布置图2.2模型建立及网格划分简介根据MSC软件和C AD系列软件很好的文件传递性能,本次结构分析中模型建立采用两种软件相结合的方法进行。
根据设计人员的工作程序,闸墩的结构图(平面的)在Autocad软件中有较详细的表60CN53)1112/TKISSN1006-3951云南水力发电YUINNAN WA TER POWER第20卷第5期X收稿日期:2004-05-13作者简介:张天刚(1975-),男,新疆奇台人,助理工程师,主要从事水工结构的设计工作。
示,只需将Autocad 文件作一些简单的处理即可在MARC 中运用。
考虑到结构分析采用三维结构,需要对闸墩模型作一些拉伸(EXPAND)或拷贝(DUPLI -C ATE)的操作,并结合结构所用材料有分区的要求,故在进行对Autocad 文件的处理时,就根据对一些线条进行了打断(BREAK)操作,使部分线段或点成为独立的线或点。
处理后的Autocad 文件可存盘成为DXF 格式的文件,即可在MARC 中进行文件传递。
在MARC 中建立分析模型时,利用了MARC 的自动网格生成器(AUTOMESH)。
步骤如下:先对曲线(C URVE)布设种子点(SEED),然后利用ADVANC -ING FRONT 生成四边形网格。
但要注意到一点,因本次计算需要的是八节点六面体单元,所以在这里要求是四边形单元,在用ADVANCI NG FRONT 生成四边形网格时区域边界的种子点数应为偶数,否则,有可能出现三角形单元。
在进行该步骤时,网格的疏密应结合结构分析中的需要作出不同的划分。
平面网格划分完毕后,就可借助MARC 的拉伸(EXPAND)或拷贝(D UPLICATE)命令对平面网格操作,最终形成三维分析模型(见图2)。
该步骤的操作也要结合预应力锚索的布置、预应力的加载形式进行相应操作。
在该步骤中有一点技巧可用,结合材料的分区和拉伸(E XPAND)或拷贝(D UPLICATE)命令,对单元进行分组,每组命名一个简洁易懂的组名,在对单元选择及对单元赋值材料及边界条件时,会简化很多的操作,具体方法在本文中不予详述。
图2 闸墩三维有限元模型图在对较复杂的结构进行三维分析时,分组可以给建立模型、材料赋值等操作带来极大的方便。
2.3 计算材料参数计算模型中设计了四种材料,分别与结构设计的材料分区相对应。
见表1。
表1 预应力闸墩计算参数及材料分区表序号材料名称弹性模量/(N/m 2)泊松比容重/(kN/m 3)部位1C40 3.25@10100.16725100牛腿+堰表2C35 3.15@10100.16724150闸墩3C25 2.80@10100.16724150堰体4RO CK7.00@1090.2526150基岩2.4 计算工况计算中考虑的荷载:¹混凝土自重;º正常蓄水位,两弧门挡水的支铰推力(永存吨位);»正常蓄水位,一侧弧门挡水,另一侧过流,此时单铰推力(永存吨位);¼主次锚索控制张拉预应力荷载;½主次锚索永存吨位。
(1)施工期:预应力钢筋张拉完毕,弧门挡水前,闸墩在张拉预应力和结构自重作用下,此时预应力荷载按控制张拉力考虑。
此工况的荷载组合为¹+¼。
(2)运行期:正常蓄水位下,弧门挡水,闸墩在弧门推力、张拉预应力和结构自重等作用下,此时预应力荷载按永存预应力考虑。
对中墩的应力分析分为单侧、双侧挡水两种情况。
其荷载组合:单侧挡水情况为¹+º+½;双侧挡水情况为¹+»+½。
2.5 计算成果分析21511 施工期施工期,在锚块和中墩连接的颈部产生最大压应力,张拉端表面也产生较大的压应力;在锚块孔腔内因传力梁的作用在锚索张拉时产生拉应力。
应力统计情况见表2,计算位移及应力图见图3,图4。
21512 运行期(双侧推力)运行期,在锚块和中墩连接的颈部,即弧门推力作用点附近,产生最大拉应力,拉应力最高水平约为1.5MPa;在弧门推力作用点附近的锚块局部点产生约5.5MPa 左右的局部拉应力;在锚块下游侧牛腿范围内产生约2.7MPa 左右的拉应力。
表2 单元节点最大主应力值表计算工况序号单元节点号量值/MPa 部位施工期16100、10058-1.76颈部外侧2248 4.7锚块空腔内侧3188 4.7锚块空腔内侧4204-1.5锚块下游侧表面61张天刚 MARC 软件在溢洪道预应力闸墩结构分析中的运用图3施工期闸墩位移图图4 施工期预应力锚块主应力图运行期(双侧推力),闸墩的整体变位均小于2mm;变位最大的地方在锚块下右侧约2mm 。
应力统计情况见表3,计算位移及应力图见图5、图6。
表3 单元节点最大主应力值表计算工况序号单元节点号量值/MPa 部位运行期16082、10040 1.5颈部外侧26081、10039 1.3颈部外侧312489、19595 2.6锚块下游侧419284、199605.5弧门推力作用点21513 运行期(单侧推力)当闸墩承受单侧推力时,闸墩产生侧向扭转,在锚块附近发生最大变位,锚块与中墩连接颈部出现不对称的拉应力和压应力。
在推力侧,颈部出现约2.9MPa 左右的拉应力,在过水侧连接颈部出现约1.5MPa 左右的压应力。
推力侧的推力作用点附近锚块上产生的局部拉应力最大约5.5MPa 。
在锚块下游侧牛腿范围产生3.0MPa 左右的拉应力。
承受单侧推力作用时,牛腿的变位两侧不对称。
闸墩顺水流向的整体变位约1.7mm;横向变位不对称,但均小于4m m 。
应力统计情况见表4,计算位移及应力见图7、图8、图9。
图5 闸墩承受双侧推力时位移图图6 闸墩承受双侧推力时锚块主应力图表4 单元节点最大主应力值表计算工况序号单元节点号量值/MPa 部位运行期16082 2.9推力侧颈部26081 2.5推力侧颈部310054-1.1过水侧颈部410053-1.2过水侧颈部512489、12509 2.7锚块下游侧611982、120023.0锚块下游侧3 预应力闸墩分析结论(1)施工期,闸墩主要承受主次锚索控制张拉应力,计算结果中主压应力水平不高,但因锚索采用传力梁结构,在传力梁受拉侧产生拉应力。
目前阶段,传力梁的厚度为1.5m,若增大传力梁的厚度,拉应力水平会降低;62 云南水力发电 2004年第5期图7闸墩承受单侧推力时位移图图8闸墩承受单侧推力时锚块过流侧主应力图图9闸墩承受单侧推力时锚块推力侧主应力图(2)当闸门承受双侧推力时,闸墩与锚块连接颈部出现拉应力,拉应力水平不高,但在牛腿局部产生约5MPa的局部拉应力,在弧门推力作用点附近。
当闸门承受双侧推力时,闸墩的变位水平不高,小于2mm;(3)当闸门承受单侧推力时,闸墩产生扭转,顺水流向的变位达约2mm,横向变位不对称,小于2 mm,两侧(推力侧与过流侧)变位的不均匀值在1 mm以内。
糯扎渡水电站溢洪道预应力闸墩设置形式参照了南盘江天生桥一级水电站的成功经验,不同之处在于,闸墩承受的弧门推力大于天生桥一级水电站,而闸墩厚度减小了0.5m。
根据结构分析结果,糯扎渡溢洪道预应力闸墩锚索的设置是合理的,主次锚索的控制张拉力及有效张拉力(永存张拉力)的选取也在钢绞线强度设计允许范围之内,且已有成功的工程经验。
因此,糯扎渡水电站溢洪道预应力闸墩的设计是可行的,并具有一定的先进性。
4结语作为世界最通用的有限元分析软件,MARC软件建模方便、快速,而且MARC软件有着丰富和完善的单元库、材料模型库以及优秀的求解器,能够快速求解结构的静动力问题、线性和非线性问题,并能很好的对结构的变形及破坏予以仿真。
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