大孔径预应力连体式圆形倒虹吸结构研究

论文摘要

南水北调中线工程从长江支流汉江丹江口水库引水,经湖北、河南、河北输水到北京、天津,总干线全长1267km。沿线交叉建筑物根据地形地质条件采用渡槽、涵洞、倒虹吸等型式。其中倒虹吸结构占了很大的比例,仅河北省境内大型的渠道倒虹吸建筑物就有14座,尽管数量众多,但是结构形式单一,所有的倒虹吸结构均采用箱涵,其他的结构形式由于设计理论和技术难度得不到应用。本文就是基于改善倒虹吸结构的受力条件,对圆形倒虹吸结构做初步的研究,而单环预应力结构已经比较成熟,但连体的环形预应力管道还是一个空白,为满足大流量、低水头损失的输水等功能,本课题对该形式的结构进行了研究。主要研究过程结合李阳河倒虹吸工程进行。穿李阳河倒虹吸工程是南水北调中线工程总干渠河北省南段大型河渠交叉建筑物之一,拟建于河北省内丘县城西约1.0km的李阳河西支、北支交汇处。本文主要提出了预应力连体圆形方案。由于该方案结构复杂,没有成熟的计算公式,也没有可以借鉴的理论分析,所以采用有限元数值模拟来研究。通过对各方案进行数值模拟,首先,得出可行性结论;然后对推荐的方案进行详细的研究,在满足使用要求的各种荷载工况的条件下,确定该结构合理的壁厚、管间距离、底座厚度、钢绞线布置等具体的参数。研究成果一方面对工程进行了优化,另一方面也填补了倒虹吸结构的空白。为以后的工程选型提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 倒虹吸结构研究
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 倒虹吸结构的主要布置形式
• 1.2.3 倒虹吸管横断面的主要形式
• 1.2.4 倒虹吸管结构计算方法
• 1.3 数值模拟的研究进展
• 1.4 数值模拟的优缺点
• 1.4.1 数值模拟的优点
• 1.4.2 数值模拟的缺点
• 1.5 本文研究内容
• 第二章 有限元理论与数值模拟分析
• 2.1 有限单元法发展历史概述
• 2.2 有限元理论研究
• 2.2.1 有限元法基本理论
• 2.2.2 有限元法的基本程式
• 2.2.3 非线性有限元计算理论
• 2.3 有限单元法数值模拟分析
• 2.3.1 有限元数值模拟基本过程
• 2.3.2 钢筋混凝土的有限元建模处理
• 2.4 本章小结
• 第三章 预应力混凝土倒虹吸结构分析
• 3.1 概述
• 3.2 直线预应力结构原理分析
• 3.3 环形预应力结构分析
• 3.3.1 环形预应力的作用原理
• 3.3.2 环形预应力压力管道计算公式
• 3.4 现代预应力混凝土施工技术分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 李阳河倒虹吸结构研究
• 4.1 工程概况
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 水文与地质
• 4.1.3 工程总体布置
• 4.2 方案设计
• 4.2.1 管壁厚度的确定
• 4.2.2 具体方案的拟定
• 4.3 预应力连体方案研究
• 4.3.1 主要设计资料
• 4.3.2 倒虹吸管身计算工况和荷载组合
• 4.3.3 模型建立及软件验证
• 4.3.4 方案选定
• 4.3.5 推荐方案研究
• 4.3.6 环锚施工及张拉顺序
• 4.4 方案比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 读研期间参加的科研项目及发表的论文