应力配筋法在水利工程中应用的

运行情况 四孔开启 两边孔关闭，两中孔开启
2． 3 计算模型
图 3 有限元网格划分图
模型边界条件为底板底部施加全约束，以 x 轴、z 轴为法向的 面施加法向约束［3］。模型荷载仅考虑了结构自重和静水压力。
2． 4 计算参数
收稿日期： 2012-09-22 作者简介： 尹 岩（1988- ） ，男，在读硕士
7 030 3 600 2 650
2． 2
A 1 500 1 200 6 500 1 800 6 500 1 400
1 000 图 1 出口控制闸平面图（一联）
计算工况
我们只针对完建期后的工况进行探讨，根据工程实际运行情 况及不利工况，选取表 1 中所示的两种代表工况。
表 1 计算工况
工况 一 二
水位 正常水位 正常水位
第 38 卷 第 33 期 2012年11 月
山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 38 No． 33
Nov． 2012 ·245·
文章编号： 1009-6825（ 2012） 33-0245-03
应力配筋法在水利工程中应用的研究
尹岩
（ 华北水利水电学院，河南 郑州 450011）
工况一应力云图如图 4，图 5 所示，工况二应力云图如图 6，图 7 所示。
的，因此实际配筋中，很难沿主拉应力方向布置钢筋，一般近似以 x，y，z 轴三个方向应力配筋代替，即按照正应力配筋［5］。
T
0.45ft
ω
Q6
图 8 按弹性应力图形配筋示意图
MX MN
图 4 工况一 中墩、缝墩 y 向应力云图
摘 要： 为研究应力配筋法在水利工程中的应用，结合工程实例，运用有限元软件 Ansys 对闸室在两种工况下的应力进行了分析，
并选取两种工况中最不利工况对闸墩进行应力配筋计算。计算结果表明，有限元分析可以直观反映闸室的应力分布情况，采用应
力配筋计算过程简单、结果明确，对工程设计具有一定的参考价值。
关键词： 出口控制闸，闸墩，有限元分析，应力配筋
7 300
1 500 C30 二期混凝土
C30 二期 混凝土
250
250
600
980
1 000 4 824
600
C25 混凝土 1 660 C10 混凝土厚 100
20 000
10 426 23 980
1 660
1 000 1 000 6 470
1 000 2 000
3 000
图 2 A—A 剖面图
2 倒虹吸出口闸闸墩有限元分析
2． 1 工程概况
某渠道倒虹吸由进口渐变段、进口检修闸、管身段、出口控制 闸和出口渐变段组成，其中出口控制闸底板高程为 98． 421 m，正 常运行期水位为 105． 421 m。闸室长 23 m，闸室共 4 孔，分为两 联，一联 2 孔，单孔净宽 6． 5 m，闸室底板与墩墙为 C25 混凝土整 体式浇筑。闸室前部设弧形钢闸门，弧形闸门半径 11 m，弧形闸门 侧轨中心线半径 10． 94 m，相应门槽宽为 0． 9 m，门槽深为 0． 3 m。 出口控制闸结构尺寸如图 1，图 2 所示。
表 3 缝墩墩位最大拉应力截面节点应力
MN MX
MX MN
节点编号 6381 6434 6433 8113 8114 8115 8097
y 向应力 / Pa 2． 35E + 06 9． 20E + 05 5． 44E + 05 － 5． 83E + 04 － 5． 64E + 05 － 1． 13E + 06 － 2． 18E + 06
MX MN
图 5 工况一 中墩、缝墩第一主应力云图
3． 2 闸墩应力配筋计算
根据上文 2． 5 中有限元应力计算分析，选取工况二进行应力 配筋计算，选取缝 墩 门 槽、缝 墩 墩 位、中 墩 门 槽、中 墩 墩 位 处 拉 应 力最大断面，并以此断面作为计算断面［6，7］，各断面应力值如表 3 ～ 表 6 所示。
第 38 卷 第 33 期
·246· 2 0 1 2 年 1 1 月
山西建筑
闸室结构均采用 C25 混凝土，参照《水工混凝土结构设计规 范》选取参数如表 2 所示。
表 2 材料计算采用的物理参数
材料 C25 混凝土
弹模 / GPa 28
密度 / kg·m － 3 2 500
泊松比 0． 2
2． 5 计算结果
我们主要针对闸 墩 的 配 筋 进 行 研 究，根 据 实 际 工 程 情 况，该 工程闸墩有三种形式： 缝墩、中墩、边墩，对于门槽处受力特点，边 墩迎水面门槽处一直处于受压状态，缝墩和中墩门槽处受力情况 最为不利，因 此，在 下 面 的 分 析 中，仅 考 虑 中 墩 和 边 墩 的 受 力 情 况，并在建立模型 时 对 结 构 进 行 了 简 化，模 型 更 侧 重 于 中 墩 和 边 墩的受力情况。考虑结构的对称性，在此选取左联闸室进行有限 元分析。
中图分类号来自百度文库 TV314
文献标识码： A
1 概述
在水利工程中有很多非杆非壳的大体积混凝土结构，这些结 构的受力和形状都比较复杂，无法按照常规的结构力学方法进行 分析及计算。目前，针对此类问题应用较为广泛的方法是应力配 筋法，现行 SL 191-2008 水工混凝土结构设计规范［1］给出了弹性 应力配筋方法的 基 本 思 路，并 对 此 方 法 作 出 了 原 则 性 的 说 明，这 对我们的工程设计具有重要的参考价值。我们将结合工程实例， 运用大型有限元软件 Ansys 模拟计算闸室在两种工况下的应力， 并通过有限元计算得到的应力对闸墩进行配筋计算。
5 600
A
500
R900
500 800 500
R1 400
500
3 850 5 750
4 600 5 000
1 700 3 400
14 380
1 200
14 380
14 380
3 850 5 750 200
355 250
1 100 3 924
39 676
12 000
900
R11 000
检修门
3 800
闸室混凝土结构均采用 Solid45 单元离散，在网格划分上，厚 度方向单元最大边长控制在 0． 5 m 以内［2］，对底板与闸墩的交接 处进行了适当的 网 格 加 密，为 保 证 单 元 均 为 六 面 体 单 元，对 闸 墩 弧形部分进行了简化。模型总单元数为 92 735，坐标原点位于边 墩进口处坡线与底板交点，x 轴为垂直于水流方向，y 轴为竖直方 向，z 轴为顺水流方向，有限元模型如图 3 所示。