彭睿哲
中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 西安 710065
摘要：结合SAP2000程序对尾水闸门启闭机构架进行了结构计算，重点采用多单元模拟了吊车移动，为今后国内外项目中此类结构计算提供了有益的参考。
关键词：SAP2000、移动荷载、框架结构分析
传统尾水闸门结构计算中，多采用理正工具箱对移动荷载进行分析计算，结合PKPM软件进行框架结构计算，而目前上述计算软件难以被国际咨询公司接受，同时理正工具箱无法精确模拟轮压传至铁轨及埋件后对梁的作用。基于此背景，本文结合某电站，运用国际通用结构分析软件SAP2000，采用多单元模式对其尾水闸门启闭机构架进行了结构计算，为今后此类国内外此类项目提供了参考。1计算案列简介
某电站尾水闸门启闭机构架总长度为37.98m，宽度为4.35m，总高7.30m。沿长度方向共分为3段，分段长度分别为12.53m、13.50m和11.95m。启闭机构架布置一台2×100kN电动葫芦，工字钢轨道通过与预埋件焊接，与构架连接。尾水闸门启闭机构架模型见图1.1。
2荷载及工况组合
2.1计算考虑的荷载：
（1）恒荷载（DEAD）：结构自重、顶部楼面装修荷载及工字钢轨道自重。
（2）活荷载（LIVE）：顶部楼面活荷载取3.5kN/m2。
（3）移动荷载（MOVE）：考虑额定启门力和电动葫芦自重，确定电动葫芦最大轮压为58kN，共4个轮子，轮距布置见图2.5.1所示。
（4）地震：地震设防烈度8度，地震加速度0.2g，场地特征周期0.2s。
2.2荷载作用系数
（1）结构重要性系数：γ0=1.0
（2）荷载分项系数：γG=1.05，γQ1=1.2，γQ3=1.1，γA=1
（3）设计状况系数：短暂状况、偶然状况，分别取为1.0、0.95及0.85；
（4）结构系数：1.2
（5）动力系数：2×100kN电动葫芦动力系数采用1.05。
2.3工况组合
考虑到各作用系数后，输入SAP2000内的工况组合见下表
3. 计算模型及假定
本次计算采用SAP2000 V15.1.0版，模拟尾水闸门2×100kN电动葫芦移动荷载，分析计算结构内力、配筋，并进行结构变形控制参数验算。
3.1计算假定
（1）钢筋混凝土为线弹性材料；
（2）假定梁柱节点均为固结，次梁与主梁节点为铰接，柱根与尾水闸墩固结，整体结构无侧向约束；
（3）计算时将工字钢轨道刚度降低100倍，以避免工字钢轨道对钢筋混凝土梁板结构的有利作用，使其仅传导自重及2×100kN电动葫芦移动荷载。
3.2计算模型
计算中采用框架单元（Frame）模拟梁、柱及工字钢轨道构件，采用4节点薄壳单元（Shell）模拟顶部楼板，采用2节点连接单元（Link）模拟轨道与混凝土梁的连接预埋件。建立结构对象模型，拉伸显示见图3.1。
模型中对工字钢框架单元指定轨道路径（Path）并定义车辆荷载及移动荷载工况，模拟2×100kN电动葫芦运行轨道及其移动荷载。结构对象模型离散化为分析模型后，共有节点3664个、框架单元66个、壳单元3458个、连接单元27个。离散化后的分析模型见图3.3.2所示。
4. 内力计算结果及分析
4.1梁柱内力计算结果
尾水闸门启闭机构架梁、柱内力计算结果三维包络图见图4.1、4.2。图中显示构架梁、柱内力分布均符合一般规律。可以看出由于采用了2节点link单元模拟了轨道与梁的连接预埋件，在移动荷载的作用，梁上的弯矩进行了等分。
跨度最大的2#段计算内力为准，梁、柱构件计算内力结果见表4.1所示，表中梁弯矩调幅系数均采用0.85。梁柱内力包络及配筋见表4.1、4.2。
柱配筋包络见表
4.2正常使用极限状态验算
尾水闸门启闭机构架梁挠度计算见表5.3.1所示。计算内力仍以2#段为准，顶部梁的挠度时均采用先计算控制点绝对挠度，再计算相对挠度后进行叠加的方法。从表中挠度计算结果可以看出，梁挠度均满足规范控制要求。
结语：
本研究通过SAP2000对水电站尾水闸门启闭机构架进行了结构计算，通过SAP2000的多单元模式对尾水闸门启闭机构架进行了精确模拟分析，依据规程规范得到了结构内力、变形，为设计提供了依据。目前该项目已建成，整体运行良好。
论文作者:彭睿哲
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/26
标签：荷载论文; 水闸论文; 构架论文; 结构论文; 内力论文; 挠度论文; 系数论文; 《建筑模拟》2019年第1期论文;