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预应力混凝土多纵梁式渡槽结构布置优化设计研究


第 29 卷第 6 期 2008 年 12月 华                  北 水 利 水 电 学 院 学 报 Journa l of North China Institute of W ate r Conservancy and Hydroe lec tric Powe r Vol129 No16 Dec 2008 . 文章编号 : 1002 - 5634 ( 2008 ) 06 - 0015 - 04 预应力混凝土多 纵梁式渡槽结构布置优化设计研究 王兴超 , 兰文改 , 赵顺波 (华北水利水 电学 院 ,河南 郑州 450011) 摘   : 结合南水北调中线左岸排水工程预应力混凝土多纵 梁式渡槽 结构受力特 点 ,提 出了增大渡 槽跨中区 要 域横向与纵向刚度减小各纵梁竖 向挠 度差值的优化设计理念 , 通过梁 壳单元三维 有限元数 值计算 , 对比分析 了传统纵 、 横梁均布方案与优化设计方 案的内力 和位移 ,验 证了该 设计理 念的先进 性和有 效性 ; 同时 结合渡 槽三维实体有限元分析 ,在明确优化方案内力和变形规律的 基础上 ,建立了 改进的预应 力混凝土多 纵梁式渡 槽内力计算简化模型 ,对今后同类工程的设计具有重要的参考价值 . 关键词 : 渡槽 ;多纵梁 ; 预应力混凝土 ;结构 优化 ; 有限元分析 中图分类号 : TV672. 3     文献标识码 :A    预应力混凝土多纵梁式渡槽是常见的渡槽结构 形式之一 ,在南水北调中线工程中得到了广泛应用. 根据传统多纵梁式渡槽设计思路 ,渡槽底部纵梁多 采用等间距布置 ,中间各纵梁与边纵梁截面刚度差 异显著 ,渡槽输水时各纵梁竖向挠度差值较大 ,需要 设置较大刚度的横梁进行渡槽内力重分布以保证渡 槽结构受力的整体性 ,导致了多纵梁渡槽纵横梁受 力的复杂性 [1 - 2] 计水深 3. 70 m ,校核水深 4. 00 m. 槽身混凝土强度 等级为 C50,普通钢筋采用 HRB335级 ,一端张拉后 张有粘结预 应力 体系 , 1 ×7 - 15. 2 - 1860 - G / B T5224 - 2003钢绞线 ,σcon = 0. 75 fptk. 根据文献 [ 3 ] , 纵梁混凝土的纵向拉压应力限制系数按预应力混凝 土结构取值 ,横梁 、 底板和侧墙的拉压应力限制系数 均按钢筋混凝土结构取值 ,槽身允许挠度值取为其 计算跨度的 1 /550 (短期组合 ) 和 1 /500 (长期组合 ) . 原设计方案为多纵梁式渡槽 ,横断面如图 1所示 ,横 梁沿纵向均匀布置 ,共 10根 ,间距为 2. 31 m. . 主干渠左岸排水渡槽由于左岸多 河沟散布区 、 坡水区汇流和排水需要而具有过水断 面宽浅的特点 ,并从直接跨越主干渠尽可能避免在 渠内设置中墩对主干渠过水能力产生不利影响的角 度出发 ,渡槽适宜选取预应力混凝土多纵梁结构形 式. 并考虑北方雨水季节性强而排水使用期短暂 、 结 构长期处于空槽状况的特点 ,结构设计需要兼顾水 荷载作用工况下结构抗裂与长期空槽状况下由于混 凝土收缩徐变产生的反拱变形控制 . 因此 ,提出协调 变形结构设计理念 , 结合南水北调中线工程进行了 渡槽纵横梁布置优化设计分析 ,以便为今后同类工 程的设计提供理论参考. 1  多纵梁式渡槽优化设计新理念 某大型预应力混凝土排水渡槽 ,建筑物级别为 Ι ,结构安全等级为 Ι ,渡槽跨度为 21. 97 m ,设 级 级 图 1  渡槽纵 横梁 均匀 布置的原方


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