杨飞[1]2018年在《水闸设计及闸室结构的有限元研究》文中指出为了有效提高水闸设计和结构建设质量,让水利工程实现安全稳定的运行。通过对水闸类型和构成、水闸结构的基础设计、闸室结构有限元等研究方法,来保证水闸设计和闸室结构的合理性。水闸结构设计、水力设计、水闸金属结构设计、闸室结构等就是保证水闸整体结构质量的重要内容。水利工程建设已经成了我国基建项目中的重要组成部分,其水闸设计及闸室结构不但与工程项目自身的基本效益息息相关,还对社会效益造成比较直接的影响。
满广生[2]2003年在《水闸设计及闸室结构的有限元分析》文中提出本文根据我国某河流中上游流域特征，通过对该流域水文等资料进行分析与研究，得出在该河流建设水闸防洪的结论，本文在水闸的结构布置设计中，以结构布置满足防洪标准及结构安全要求为前提，以经济角度对水闸的各组成部分进行方案研究与优选，选出经济合理的结构型式。本文通过对在该河流上建设水闸进行了国民经济评价。本文在设计规范的基础上针对水闸的结构设计，采用有限元对深孔闸的闸室进行了分析计算，根据空间板的分析理论，在原薄板问题的受力计算基础上考虑了闸内力的作用。此方法简便易行，精度较好，是分析深水闸薄板结构的有效方法。
梁景奇[3]2014年在《基于ABAQUS的水闸闸室叁维有限元分析》文中认为水闸是一种在水利工程中运用十分普遍的水工建筑物。现在我国水闸结构计算方法主要是将闸室底板、闸墩、检修便桥、工作桥、交通桥等构件单独计算，没有考虑各个构件之间的影响。这样得到的计算结果就会跟水闸结构实际工程的受力情况有一定的偏差。于是现在较为准确的水闸结构计算方法是有限元法[1]，它能够较好地反映水闸结构的整体性和真实性，能够很好地处理闸室各个构件之间的作用以及闸室与地基之间的相互影响。因此，使用有限元法，考虑闸室各个构件之间的相互作用，将闸室底板、闸墩、排架、工作桥、交通桥、检修便桥和地基作为一个计算整体，建立叁维有限元模型，分析水闸结构的应力和位移分布情况，能够为水闸结构计算提供科学的理论依据，同时能够在水闸结构安全、稳定等方面起到重要作用。本文以某开敞式水闸为研究对象，首先采用平面简化法对水闸闸室进行了稳定计算，其次利用ABAQUS有限元软件建立闸室叁维有限元模型，对水闸闸室进行稳定计算以及结构分析。全文主要内容具体如下：1.通过阅读大量文献，阐述了国内外水闸结构计算方法的研究进展，掌握了国内外水闸结构计算方法，以及现有水闸结构计算方法存在的问题。2.采用平面简化法计算水闸在完建期、设计洪水位、校核洪水位、地震等四种情况的闸室稳定性，并对比四种情况的计算结果。3.利用ABAQUS软件建立水闸地基叁维有限元模型，对完建期、设计洪水位、校核洪水位、地震等四种情况的闸室进行稳定计算，并对四种计算结果进行分析。4.将两种方法的闸室稳定计算结果进行对比分析，验证水闸地基叁维有限元模型建立的合理性和计算结果的准确性。5.根据水闸地基叁维有限元模型，分析水闸闸室底板、闸墩、排架、工作桥、交通桥、检修桥等结构的应力位移变化情况和承载能力，进而对水闸结构的工作性态进行评价。6.通过对某开敞式水闸闸室进行有限元分析研究，表明叁维有限元法能够准确、直观地反应水闸闸室的空间受力状态，为实际工程的建设和运行提供科学的指导作用。
关淑萍[4]2006年在《基于ANSYS的水闸动力特性及内力分析方法研究》文中研究指明水闸是一种低水头建筑物,一般建立在岩基或土基上,设计分析时需要考虑地基沉降、抗滑稳定、内力分析、配筋设计和结构抗震等。本文主要介绍了水闸结构分析发展现状,研究了水闸结构动力特性和内力分析的理论与方法,主要内容如下: 1.介绍了ANSYS软件及其二次开发技术和水工结构动力分析的理论与方法。针对目前工程界广泛关注的流固耦合问题,论述了流固耦合问题的基本理论及求解方法。重点研究了在ANSYS中考虑动水压力的两种方法,即有限域内附加质量法和顺序弱耦合算法。 2.以一U型结构为例,研究结构和水体动力相互作用问题。首先,按有限域内附加质量方法计算了不同水体宽度、不同水位高度等对结构自振特性的影响。其次,基于ANSYS中的顺序弱耦合求解方法,研究了U型结构动水压力随时间的变化过程以及水体晃动的流固耦合问题。最后,对用Westergaard方法、有限域内附加质量方法和基于ANSYS的直接耦合分析方法求解的U型结构振动特性进行了比较分析,得出一组具有实用价值的研究成果。 3.进行了潘庄节制闸的抗震分析研究。以标准加速度反应谱和两条不同加速度时程记录作为输入地震波,按反应谱法和时程分析两种方法对此水闸进行了地震反应分析,计算出结构动位移和动静组合应力,并对叁种计算结果进行了分析比较。 4.以耿楼枢纽节制闸为例,提出了在ANSYS中实现闸室结构内力计算的方法。在考虑闸墩、底板和地基相互作用的基础上,对不同岸墙方案(边荷载)影响下的闸室底板内力进行了详细的研究分析,给出了不同边荷载作用下水闸底板内力的分布规律,可为进一步的配筋设计提供参考。本文的研究成果使水闸叁维有限元的计算成果可以直接为工程设计服务。
常虹[5]2013年在《采动区地基与水闸结构相互作用机理及加固技术研究》文中研究表明加固改造是采动区水闸结构沉陷治理的有效方法，但前提是基于土与结构的相互作用准确地获取地表变形作用下水闸结构的受力状态。开采扰动影响下的土与结构界面的力学特性影响着采动区地基与结构的相互作用，但目前缺乏系统的研究。由于采动区地基与水闸结构相互作用的高度复杂性，平面有限元法无法分析采动影响下地基与水闸结构复杂的空间变形性状，因此本文采用叁维模型对采动影响下的地基与水闸结构相互作用进行了系统研究，对采动区水闸结构的安全性和地下资源的充分利用具有重要的指导意义。根据采动区扰动土的特点，通过改变土样的初始孔隙比和饱和度模拟扰动土物理性质的变化。采用DRS-1型直剪试验系统完成了扰动土与结构材料界面的直剪试验，分析了法向应力、初始孔隙比以及初始饱和度对界面剪切特性的影响。通过自制的界面剪切试验系统进行了浸水条件下扰动土与结构界面的剪切试验，通过数据对比，验证了界面剪切试验系统的可靠性。根据剪切试验结果，分析了浸水条件、加载-卸载、分段加载及反向加载等复杂加载路径下扰动土与结构界面的剪切性能。在扰动土与结构界面剪切试验分析的基础上，讨论了土样剪切强度与界面剪切强度的关系，定量分析了结构表面粗糙度对界面剪切强度的影响，建立了扰动土与结构界面的本构模型。采用ABAQUS中FRIC子程序进行二次开发，通过数值计算验证了模型的有效性。根据采动区下沉盆地的特征，推导了叁维下沉曲面公式，并采用Python语言进行编程实现该叁维曲面在ABAQUS模型中的施加。数值计算的结果表明，其形成的下沉盆地移动变形规律与概率积分法所得下沉盆地的规律基本一致。结合工程实例，根据地表控制点的下沉量，采用反演分析方法计算出下沉盆地的程序参数。结合工程实例，建立了采动区地基与水闸结构的叁维弹塑性有限元模型，分别探讨了修正剑桥模型、Mohr-Coulomb模型以及混凝土损伤塑性模型参数的选取办法。整体模型中地基与水闸的界面采用VSRP模型，并通过界面模型中孔隙比的变化模拟扰动土的影响。分别进行了不考虑扰动土影响和考虑扰动土影响的采动影响下水闸结构整体分析。根据有限元分析结果，提出了采用内衬箱涵式钢筋混凝土框架结构的加固方案。通过采动影响下的加固水闸结构的整体分析，结果表明加固方案设计合理，加固效果显着。针对水闸结构的加固改造提出了具体的实施方案及施工中的关键环节。对采动区新建抗变形水闸提出合理化的设计建议。
孟怡凯[6]2012年在《微桩群复合地基上水闸复杂闸室结构分析研究》文中研究说明本文以泰兴市焦土港闸为研究对象,借助叁维有限元软件ABAQUS来模拟微桩群复合地基和水闸结构,分析研究了微桩群复合地基及闸室结构的应力应变规律以及桩土荷载分担比。全文主要研究内容如下：(1)结合复合地基的定义及分类,分析研究了复合地基的形成条件以及桩基础复合地基的破坏模式,同时分析研究了桩基础复合地基承载力以及沉降计算的基本理论。(2)建立了微桩群复合地基以及水闸底板的有限元模型,分析研究了微桩群复合地基的应力应变以及微桩群的力学性能,同时分析研究微桩群复合地基桩土荷载分担比。分析研究了外荷载、桩周土参数、接触摩擦系数、桩基及底板弹性模量的变化对微桩群复合地基的沉降、桩顶水平位移以及桩土荷载分担比产生的影响,并且对影响较大的参数进行了拟合,找出了相应的变化规律。(3)考虑上部结构的影响,建立了水闸及微桩群复合地基整体有限元模型,分析微桩群复合地基以及闸室结构的应力应变,同时分析实际工程在各工况下的荷载分担比。分析研究了闸室弹性模量、外荷载、桩周土参数、桩基弹性模量、接触摩擦系数的变化对微桩群复合地基的沉降、桩顶水平位移以及桩土荷载分担比产生的影响,并且对影响较大的参数进行了拟合,找出了相应的变化规律。(4)采用复合模量法分析研究了微桩群复合地基的沉降,并且与实际的微桩群复合地基计算结果进行对比分析,同时分析研究了两种方法下的外荷载、桩周土参数以及桩土模量比的变化对沉降的影响且对影响参数进行了函数拟合。建立水闸整体有限元模型,采用复合模量法计算实际工程在各工况下的沉降及应力应变情况,且与采用实际的微桩群复合地基进行计算的结果进行了比较分析。
毋霈雯[7]2018年在《小型水闸的数值模拟研究》文中提出水是生命之源、生产之要、生态之基。人类古文明起源于水,因而水与人们的生活关联密切,是人类社会繁衍生息的物质基础。然而天然状态下的水无法直接为人类所用,于是水利工程便应运而生。它采用控制水流的方式完成对水量的调配,以满足人们在生产和生活上对水资源的需求,同时也可有效的减少和防止洪水灾害。随着时代的变迁,人类在用水方面已不再局限于某一领域,而是追求多方面的满足,水资源的调配越来越普遍,其中水闸的引入,为人们合理控制分配水资源带来了有利的条件,有效地解决了很多实际问题。水闸通常修建在河道、渠系等地,与其它水工建筑物配合起来共同发挥作用,是促进国民经济发展的坚实力量。本文采用的是大型有限元分析ANSYS软件,针对某实例工程项目中的渠首闸,建立了闸室结构的叁维有限元模型,充分考虑了闸室与周围地基的非线性接触关系,并将土体应力应变本构关系设定为理想弹塑性D-P模型,分别在完建期、设计水位和正常水位工况下对闸室结构进行了非线性静力分析,得到了闸室在不同工况下的变形结果和应力结果,根据设计标准对其进行了静态安全性校核,并通过从分析结果中提取的闸室关键截面的内力,对闸室结构进行了配筋设计。在此基础上,进一步分析了闸室及地基的自振特性,提取了闸室的关键振型和自振频率,根据相关抗震设计规范,拟合了加速度地震反应谱曲线,运用模态迭加法,对闸室结构进行了地震反应谱分析,并根据分析结果进行了抗震安全性校核。本文末尾对工程中的金属闸门进行叁维参数化建模,在设计水位工况下对现有闸门结构强度和变形进行了校核;同时,基于ANSYS响应面参数优化的计算方法,对渠首闸闸门的关键部位尺寸进行了优化设计计算,在保证闸门现有强度安全系数和变形的状态变量下,通过优化加强筋厚度、间距、数量等变量,最终使得闸门结构总重量降低了5.3%,而安全系数提高了49.7%。
许正松[8]2007年在《水闸整体结构设计方法研究及空箱挡土墙的应用》文中进行了进一步梳理将水闸的底板、闸墩和地基作为一个整体，建立了水闸整体有限元结构计算模型，这种模型可以有效地考虑闸墩、底板和地基的相互作用，可以方便地处理各种复杂的几何条件、物理条件和荷载条件，其计算结果是可信的。在论文中，建立了将水闸的底板、闸墩、工作桥和地基作为整体考虑的水闸整体有限元结构计算模型，将计算结果同不考虑工作桥的水闸整体有限元结构模型的计算结果进行比较，得出考虑工作桥的影响，可以改善底板的内力分布，可以有效地增加闸室的横向刚度。考虑边墩承受较大的横向土压力，当边墩直接与两岸连接时，则由于边墩与闸身地基的荷载相差悬殊，可能产生不均匀沉降，影响闸门启闭，在底板内引起较大的内力，甚至产生裂缝。此时在水闸闸室与两岸的连接段中设置空箱挡土墙，建立不设置空箱挡土墙和设置空箱挡土墙的水闸整体有限元结构计算模型，比较两个模型的计算结果，得出如下结论：这种连接型式可以减小边墩和底板的内力，同时还可以使作用在地基上的荷载从较轻的闸室向较重的两岸过渡，减小不均匀沉降。
朱浩[9]2018年在《黄沙港闸服役性态评价分析》文中研究说明黄沙港闸位于江苏省射阳县境内,是一座大型挡潮闸。该闸为反拱底板结构。经过多年运行,该闸出现了较多问题。虽经过多次加固改造,问题依然没有得到解决。本文分析该闸主要问题,对该闸进行安全综合分析,评价其服役性态。本文主要研究内容如下:(1)分析黄沙港闸现状,特别是裂缝问题,详细阐述混凝土裂缝成因。针对黄沙港闸自身情况,分析闸身产生裂缝的主要原因,主要包括结构不均匀沉降、混凝土碳化、地震影响和闸室结构形式改变等。(2)以黄沙港闸闸室结构为研究对象,运用叁维有限元软件ABAQUS,建立黄沙港闸叁维有限元模型,分析其应力场与位移场,探索闸室裂缝的主要成因,得出闸室裂缝主要成因是闸室结构形式改变。(3)构建黄沙港闸服役性态评价指标体系,进行指标量化,用主观赋权法中的协方差层次分析法(Cov-AHP)和客观赋权法中的CRITIC法求得指标权重,用理想点法进行权重融合,求得黄沙港闸服役性态评价指标的权重值。(4)介绍了统计学习理论(SLT)和支持向量机理论(SVM),选择果蝇优化算法(FOA),建立黄沙港闸服役性态FOA-LSSVM综合评价模型,确定黄沙港闸服役性态等级为“不安全”。
彭志荣[10]2014年在《某水闸闸室结构布置方案比较分析与初步设计》文中认为瑶湖节制闸位于南昌市高新开发区麻丘镇，坐落在瑶湖东出口，是瑶湖区域向红旗排涝总站泄水的主要通道。该水闸是一座以排涝为主兼顾灌溉、养殖及旅游开发等综合效益的中型工程。在水闸的传统设计中，人们通常是采用重复设计法，这样一方面使得设计冗长繁琐；另一方面最终方案受原始方案和设计者经验的影响很大，因此最终方案往往并非最优方案。同时，传统水闸结构计算方法是将闸室中的底板、闸墩分开计算，这种方法虽然简单，但很难反映结构的整体效应。更为合理的分析方法应该是把整个水闸结构和地基作为一个整体，考虑结构与地基的相互作用。本文首先以瑶湖闸为例，对水闸的设计布置进行分析比选和初设计算。同时采用ANSYS软件将水闸的底板、闸墩和地基作为一个整体，建立了水闸闸室结构有限元计算模型。在完建期、正常挡水和设计洪水叁种工况下，分别进行静力计算，对比分析位移变化趋势和应力变化情况。文章利用ANSYS有限元软件计算的高效性，以底板厚度为设计变量建立多个有限元计算模型，对比分析不同底板厚度闸室结构的受力情况。在满足实际工程需要的情况下，计算出了较为合理的底板厚度，对闸室结构进行了局部的优化，最终达到节省投资的目的。最后通过结构设计的扩展应用，对不同的地基条件进行对比分析，通过分析计算结果得到一些有益的结论。
参考文献：
[1]. 水闸设计及闸室结构的有限元研究[J]. 杨飞. 陕西水利. 2018
[2]. 水闸设计及闸室结构的有限元分析[D]. 满广生. 合肥工业大学. 2003
[3]. 基于ABAQUS的水闸闸室叁维有限元分析[D]. 梁景奇. 石河子大学. 2014
[4]. 基于ANSYS的水闸动力特性及内力分析方法研究[D]. 关淑萍. 河海大学. 2006
[5]. 采动区地基与水闸结构相互作用机理及加固技术研究[D]. 常虹. 中国矿业大学. 2013
[6]. 微桩群复合地基上水闸复杂闸室结构分析研究[D]. 孟怡凯. 扬州大学. 2012
[7]. 小型水闸的数值模拟研究[D]. 毋霈雯. 华北水利水电大学. 2018
[8]. 水闸整体结构设计方法研究及空箱挡土墙的应用[D]. 许正松. 合肥工业大学. 2007
[9]. 黄沙港闸服役性态评价分析[D]. 朱浩. 扬州大学. 2018
[10]. 某水闸闸室结构布置方案比较分析与初步设计[D]. 彭志荣. 南昌大学. 2014