水工混凝土结构设计若干问题研究

论文摘要

水利枢纽工程功能复杂,结构类型多,既包含水工结构建筑物,也包含建筑结构、桥梁结构等建筑物。从业人员包含同为土木工程专业的水工、建筑结构、和桥梁结构等专业人员。由于所学专业的不同,对现有混凝土规范体系的理解不同,水工结构设计中往往存在不同专业的规范混用问题、利用现有建筑结构计算软件设计水工混凝土结构问题和伸缩缝留设等问题。这些问题都容易造成水工混凝土结构的安全隐患和不必要的工程浪费。工程实例也验证了上述结论。水工混凝土结构,许多是块体结构,往往很难简化为传统的杆件结构进行计算配筋,需要进行实体建模有限元分析。确定合适的单元密度是进行有限元分析所需解决的主要问题。为了清楚了解进行实体分析时所需要的单元密度,文中详细讨论了平面应力状态下梁、柱单元的划分规律。指出在通常情况下厚度方向采用一阶元划分四层就可满足计算要求。块基型泵站温度应力问题是大型泵站的设计计算难点。通过泵站热力耦合分析可知：泵站和地基交界处为混凝土温度梯度较大部位,该部位在施工和设计中需要重点进行监控；混凝土水化热放热阶段最大温度发生在泵站与地基交界处；散热阶段温度表现为顶部混凝土温度分布较为均匀,且由顶部至底部混凝土温度呈现下降趋势；泵站混凝土施工中,放热阶段较容易出现裂缝的部位在泵站与基础相交部位和流道间下部部位。建筑结构计算软件虽方便快捷,但直接应用于水工结构设计却存在问题。只有将水工系列规范引入软件的编写中,才能完善地解决问题。在现有条件下,适当利用建筑结构系列软件进行水工混凝土结构的校审,是简单可行的。水闸上部机房伸缩缝的设置,没有必要与下部结构对齐。上部结构采用整体结构后,结构简单,受力合理,建筑立面处理方便,节省了工程造价,达到了结构方案经济合理的目的。本文的研究成果,可为相近工程的设计提供良好的借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钢筋混凝土结构设计理论发展简介
• 1.1.1 允许应力设计法
• 1.1.2 破损阶段设计法
• 1.1.3 半经验半概率的极限状态设计法
• 1.1.4 概率极限状态设计法
• 1.2 混凝土结构设计规范的发展
• 1.2.1 照搬苏联规范阶段
• 1.2.2 自主修订规范的起步阶段
• 1.2.3 与国际接轨的阶段
• 1.3 水工建筑物
• 1.3.1 水工建筑物的主要特点
• 1.3.2 水工建筑物的分类
• 1.3.3 水利水电枢纽工程
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 规范依据对构件计算结果的影响
• 2.1 规范比较
• 2.1.1 设计方法
• 2.1.2 适用范围
• 2.1.3 工作环境
• 2.1.4 耐久性要求不同
• 2.1.5 材料的相关规定
• 2.1.6 结构分析方法
• 2.1.7 素混凝土结构构件承载能力极限状态
• 2.1.8 钢筋混凝土构件承载能力极限状态
• 2.1.9 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算
• 2.1.10 预应力混凝土构件计算要求不同
• 2.1.11 荷载效应
• 2.2 工程实例
• 2.2.1 设计资料
• 2.2.2 构造形式及尺寸选定
• 2.2.3 空心板毛截面几何特性计算
• 2.2.4 作用效应计算
• 2.2.5 内力组合
• 2.2.6 承载能力极限状态验算
• 第三章 水工混凝土结构有限元分析单元划分规律的探讨
• 3.1 引言
• 3.2 高精度二阶八结点矩形单元
• 3.3 在平面应力状态下梁在各种荷载作用下的应力分布
• 3.4 不同荷载作用下梁不同单元划分方案时的有限元计算比较
• 3.4.1 单元划分的基本原则
• 3.4.2 梁端弯距M作用下
• 3.4.3 梁端剪力P、梁顶均布荷载q作用下
• 3.5 结论
• 第四章 泵站热力耦合计算研究
• 4.1 引言
• 4.2 基本理论
• 4.2.1 实用算法
• 4.2.2 计算参数
• 4.2.3 空间有限元分析法
• 4.3 韩庄二级泵站大体积混凝土结构瞬态热力耦合分析
• 4.3.1 基本参数
• 4.3.2 水化热热源函数确定
• 4.3.3 有限元模型简介
• 4.3.4 计算结果分析
• 4.3.5 结论
• 第五章 水工混凝土结构采用软件及伸缩缝的留设
• 5.1 水工混凝土结构采用软件
• 5.1.1 PKPM系列软件简介
• 5.1.2 平法简介
• 5.1.3 存在问题及对策
• 5.2 水工结构伸缩缝的留设
• 5.2.1 闸底板伸缩缝的设置
• 5.2.2 建筑伸缩缝设置的目的
• 5.2.3 对策
• 5.2.4 工程实例
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表