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弯道型渡槽结构静力分析研究

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其中＂ － Ｉ ｎ ， 为水重 ， 为纵 向平均流速 ， 为水 的重 度， 为混凝土重度 ， Ａ 。 为渡槽混凝土截 面积 ， ｒ 为 弯道半径 ， ｔ 为均布扭 矩 ， ｇ为竖向均布荷载 。
水体离心力与静水压 力所形成 的合力与凸侧壁面 的静水压 力由于作 用点不在 同一 直线 上而产生扭
槽弯 曲半径建议为槽身宽度 的 １ Ｏ 倍。水流在弯 道 内有离心 力作用和超高等现象， 会影响渡槽侧壁 力的分配 ， 这不但 与水流流速有关 ， 渡槽本 身的弯
道半径、 跨度都与 力的分配有直接关系。曲型渡槽
１ ． ２ 弯道形渡槽 的受力特点 直线型 非斜 交形 渡槽ｐ 】 侧 壁静水压 力相 互平
衡， 不 需考 虑 扭 矩 的 情 况 。 在 弯 道 形 渡 槽 中 ， 槽 身
重 力与水体重 力作 用下任一横 截面存 在扭矩 ， 这
即是 “ 弯 扭 耦合 ” 效应 。另外 ， 在 弯 道 离心 力的作 用 下， 凹侧 壁 水 面 比凸侧 壁水 面 高 ， 因此 ， 凹侧 壁 面 ，
Ｍａ ＝ ｝ 护
Ｍ ａ ＝ 专 一 （ ＋ △ ＾）
水体偏于槽身轴线的偏心距
Ｍ 偏＝Ｂ。 Ｈ‘ ‘ ｅ
＝
（ ４ ）
横向 荷载 简 化图 图 １ 曲型渡槽横 向受力分析简 图
争 （ ＋ Ａ ｈ ） 。 【 争 一
】 （ ５ ）
ｒ Ｊ
则， ｂ端总弯矩为
【 摘 要】 文中 通 过考虑水 流超 高产 生的扭矩 ， 并将 扭矩 简化 为分布在 弯道 内的均布扭 矩 。 利用
纯扭转理 论 ，得 出弯道 型渡槽结构静 力的计算方法 。以 实际直型 渡槽作为 曲型渡槽 的展 直模 型分析 结构受力并相 互比较 ， 得 出在 弯道型 渡槽 中有 剪应 力存 在 ， 超 高引起 的扭矩 随着 流速 和 曲率 的增大而增 大， 在结构 配筋计算 中应 予以考虑。 【 关键词 】弯道型渡槽 ； 结构 ； 静力 分析
作 为 水 的载 体 ， 不 但 受 到水 重 力的 影 响 ， 水体 离 心
矩。 槽身横 断面水体 由于“ 超高 ” 而呈 曲边梯形 ， 水
体 重 力的合 力沿槽身纵 向并不 与槽身轴 线重合 ， 这又使槽身产生重 力附加扭矩。横 向受力如图 １
所 示。
力和超高也会对渡槽的结构产生影响。 研究 曲型渡
【 中图分类号 ］ Ｔ Ｖ ３ １
［ 文献标识码 ］ Ｂ
Ｏ 引 言
随着 国民经济的发展 ， 尤其是南水北调、 引洮
工程等民生水利 项 目的兴建 ，渡槽作为输水建筑 物， 在工程 中有 了巨大的应 用和发展 ， 呈现出槽 身 结构创新、 过水流量大等特点。 一般情况下 ， 槽身轴 线应为直线 ， 但部分渡槽因地形 、 地质等条件 的限 制， 槽 身转弯而成 为弯道型渡槽 ， 文献［ １ １ 对弯道型渡
成 的扭矩在纵 向形成均布扭矩 ，简化了槽身扭矩
分析。
离心 力竖 向呈抛物线形分布 ，在纵 向流速采
用平均流速表示时 ，由图 １ 可得离心力作 用下相 对于槽底的弯 矩为
＝
Байду номын сангаас
哮。 ｝ （ ＋ △ ） ＝ （ △ （ ２ ）
（ ３ ）
离心 力 分析 筒 图
侧 向水压 力相对 于槽底的弯矩
２
一
东北水利水 电
水利科研
超高相对于水深很小 ， 为了简化计算 ， 以平均流速
Ａｈ ＝
ｇ ｒ
（ １ ）
将整个弯 曲段任一横截面水流形成 的断面形 状近似为相 同的梯形截面。 这样 ， 超高形成的重力
附加扭矩、动水压 力与离心力的合力对于槽底形
渡 槽 横截 面 水 压力 受 力筒 图
相等， 这 增加了扭矩分析 的复 杂性 ， 文献闱 通过 实
验得 出的数据显示最 大横 比降与最小横 比降相差
微小 ， 仍处 于同一数 量级 ， 文献 围 认 为纵 向时均流
休克莱（ Ｓ ｈ ｕ ｋ ｒ ｙ ） 闭 通过 对矩 形钢 制 １ ８ ０ ￣ 弯道
水槽研 究发 现水流通过 弯道水槽 时 ，横断面上凹
Ｍ ｂ ＝ ￣ － （ ｈ ＋ Ａ ｈ ） 【 争 一
（ ， Ｉ ＋ Ａ ｈ ） ＋ ｝ （ ＾ ＋ Ａ ｈ ） ’
沿槽身轴向均布扭矩
ｔ － 』 ＿ Ｊ
卜
（ ６ ）
【 ７）
竖 向均布荷载为水体 与槽身重力 ， 可表示为
ｑ ＝ Ｂ‘ ｈ 。 ‘ ＋ 。 。 （ ８ ）
水利科研
［ 文章编 号】 １ ０ ｏ ２ —０ ６ ２ ４ （ ２ Ｏ １ ５ ） １ １ —０ ｏ ４ ４ 一Ｏ ３
东北水利水 电
２ ０ １ ５ 年第 １ １ 期
弯道型渡槽结构静力分析研究
苗开元 ， 何 文社 ， 刘利玮
（ 兰州交通大学土木工程学院 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ７ ０ ）
岸水位高 ，凸岸水位低 有显著 的横 比降存在 ， 即 “ 超高 ” 现象 。 且各过水断面横 比降的大小不等 ， 各 断面 的最大 流速偏 向弯道 的凸岸。水流横 比降的
形成 ， 又 使水 流 沿 垂 线 有横 向方 向流 速 分布 。
・
速分布在弯道中心线 上且分布 形状相似 与结构本
槽的受力特点 ， 掌握各要素对弯道渡槽结构静力的 影响对工程设计和施工都很有必要。
１ ＿ ３ 弯道形渡槽的受力处理 由于弯道处 都设置镇墩 ，故 而在结构分析 中 并不考 虑水流紊动特性。水流沿弯道形渡槽流动
１ 弯道形 渡槽 结构计算
１ ． １ 弯道水流 的特点
时， 槽身任一横截面 、 横 截面任 一位置处流速 并不
身。其处理的思路是（ 一） ： 不考虑 由于流速变化而 引起 的超高变化 ，进而影 响侧 壁水压 力分配 引起 的扭矩 ，只考虑 水体与槽身重 力在竖 向的均布荷 载作 用。（ 二） ： 考虑 由（ 一） 忽略的扭矩作 用 ， 由于
４ ４ ・
２ ０ １ ５ 年第 １ １ 期
所得 的横 比降代替整个弯道断面的横 比降。 横 向水面超高 由下式计算

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山西某大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构分析的开题报告

山西某大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构分析的开题报告

山西某大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构分析的开题报告一、选题背景随着城市化进程的加快，道路交通的建设成为城市建设的重要组成部分。

在城市道路交通中，小桥、涵洞等桥梁结构起到承载交通工具的重要作用。

在道路交通流量较大的地区，渡槽结构成为一种常见的桥梁形式。

为了满足交通对于桥梁结构的安全性、舒适性等要求，大跨径、高承载能力的钢混凝土梁拱组合式渡槽逐渐成为主流的桥梁型式。

本文选取山西某大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构进行研究，力求通过结构分析和设计，提高其安全性、承载能力和舒适性。

二、研究目的通过对山西某大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构进行分析和设计，实现以下目的：1.了解大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构的基本构造方式和特点。

2.了解大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构在实际工程中的应用情况。

3.了解大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构在受力情况下的应变特征及其变形性能。

4.通过有限元数值模拟方法，对大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构进行静力和动力分析，在不同工况下检验其安全性和承载能力。

5.优化大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构的设计方案，提高其承载能力和舒适性。

三、研究内容1.大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构的基本构造方式和特点。

2.大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构在实际工程中的应用情况。

3.大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构在受力情况下的应变特征及其变形性能的理论分析。

4.通过有限元数值模拟方法分析大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构的静力和动力特性，依据荷载标准和安全评估标准检验其安全性和承载能力。

5.基于结构优化方法，对大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构进行设计优化，提高其承载能力和舒适性。

四、研究方法1.亲自实地调查大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构的工程案例，并对其结构特点、工作原理等进行详细了解。

2.通过理论分析，计算大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构在工程中的应变变形特性，并与标准规范进行对比。

3.采用有限元分析软件，对大跨型钢混凝土梁拱组合式渡槽结构进行数值模拟，在不同荷载和工况下分析其静力和动力特性，并进行安全性、可靠性和承载能力评估。

大型渡槽结构振动台模型试验及抗震性能研究的开题报告

大型渡槽结构振动台模型试验及抗震性能研究的开题报告

大型渡槽结构振动台模型试验及抗震性能研究的开题报告题目：大型渡槽结构振动台模型试验及抗震性能研究一、选题背景渡槽是一种用于水下隧道施工的临时性结构，通常由钢板或混凝土制成。

渡槽的施工需要满足高强度、高稳定性和高刚度等特点。

在地震发生时，渡槽的抗震性能直接关系到施工安全和人员财产安全。

因此，研究针对渡槽结构的抗震性能尤为重要。

目前，国内外学者已经在渡槽的领域做了大量的研究，但大多数研究都是基于理论计算和数值模拟。

缺乏实验验证，难以准确评估渡槽结构的抗震性能，同时也限制了建筑设计的可靠性和经济性。

因此，进行渡槽结构振动台模型试验的研究已经成为热门话题。

二、研究目的本研究旨在通过渡槽结构振动台模型试验，对其动力响应、安全性能和抗震性能进行评估，并提出相应的加固和设计建议，保障施工人员和设备的安全，同时提高渡槽结构的经济和可靠性。

三、研究内容和方法1. 渡槽结构振动台试验：利用振动台模拟当地地震情况，对渡槽结构的动力响应进行研究，探究渡槽结构在地震作用下的特性和行为。

2. 动力分析：通过分析振动台试验数据，建立渡槽结构的动力模型，研究其动力特性和响应规律。

3. 抗震性能评估：根据试验结果和动力模型，对渡槽结构的抗震性能进行科学评估，并提出优化设计建议。

4. 受力分析：对振动台试验数据进行受力分析，验证渡槽结构在地震作用下的承载能力。

5. 加固和设计建议：基于试验和分析结果，提出加固和设计建议，优化渡槽结构的抗震性能和经济性。

四、研究意义本研究采用振动台模型试验的方法，对渡槽结构的抗震性能进行研究，具有重要的理论和实际意义。

首先，通过试验可以更加准确地评估渡槽结构的抗震性能，为渡槽的加固和设计提供科学依据。

其次，试验能够验证理论计算和数值模拟的可靠性，在一定程度上缩小理论计算和实际工程存在的差距。

最后，本研究将为国内外渡槽结构的抗震设计提供借鉴和参考，促进渡槽结构抗震设计水平的提高。

五、预期成果通过本研究，预计可以获得以下成果：1. 渡槽结构的动力响应及抗震性能研究报告；2. 渡槽结构的振动台模型试验数据和受力分析数据；3. 渡槽结构抗震加固和优化设计建议；4. 相关技术论文和专利申请。

弯道水力学的研究现状及发展

弯道水力学的研究现状及发展

自1933年，马卡维耶夫[71直接利用雷诺方程导出了轴对称水流条件下的运动方程式，为弯 道环流的近似理论解奠定了基础．随后很多学者采用不同的纵向流速分布公式和边界条件及 连续条件通过不同途径对方程求解，得到了不少环流流速沿垂线的分布式．
弯道急流理论
具有较大的坡降的弯道水流为弯道急流．其主要特点是水流不 光在弯道内产生弯道环流，而且在自由水面上出现菱形交叉的 冲击波，使水面变化非常复杂．边界的改变对水流的扰动是急 流冲击波的发生的外因．急流具有很大的惯性，遇到边墙转向 的阻碍，便对边墙起冲击作用，边墙也对水流施加反力，迫使 水流沿边墙转向，产生动量变化，造成水面的局部壅高．这种 扰动以波的形式在弯道内传播．当扰动到达时水流已前进一段 距离，因此扰动的影响范围必然在扰动开始发生地点的下游， 并且随着距离边墙愈远而愈靠下游．
张红武引入流速分布公式和谢才公式得到了水面横比降公式．
式中： k为卡门常数；m为巴森系数，g为重力加速度， 为垂线平均流 速， r为某点距曲率中心半径，C为谢才系数．
水面横比降
实践检验表明，罗索夫斯基公式在粗糙床面情况下，横比降略偏 小；而张红武公式无论床面粗糙或光滑，横比降计算值与实测值 的偏差均较小． 王平义认为弯道中凹岸区水流结构较凸岸区水流结构更复杂，故 凹岸区和凸岸区的流速分布不同，从而形成不同的水面横比降， 因此，应分别导出弯道凹岸区和凸岸区的水面横比降公式． 刘焕芳从弯道水面横比降沿程变化规律的半经验公式入手，提出 了弯道水面超高沿程分布，弯道水面纵比降及弯道自由水面高程 的计算公式．计算结果与试验实测数据对比，基本吻合．
弯道中的环流
横向环流是在河道及明渠转弯处形成特殊水流现象 的决定因素．弯道水流是三维流动，水流在垂直方 向存在的径向压力梯度，但是，表层水流和底层水 流的向心加速度是不相同的．通常表层水流的向心 加速度大于底层水流的向心加速度，因为表层水流 的速度大于弯道水流的平均速度，而底层水流的速 度小于弯道水流的平均速度．这样，表层水流趋向 于向外运动，而底层水流则向内运动，靠近河岸处 将形成平衡性垂向流速分量，该流速分量的方向在 凸岸为向上，在凹岸为向下，从而形成对弯道河床 断面产生很大影响的螺旋流．
不同结构大跨度梁式渡槽力学特性对比研究

不同结构大跨度梁式渡槽力学特性对比研究

不同结构大跨度梁式渡槽力学特性对比研究胡井泉【摘要】利用ANSYS软件,采用有限元分析法,对不同工况下连续梁结构槽身的位移及受力情况做了数值模拟分析,探究了有限元软件对渡槽结构进行仿真模拟的可行性.最后通过模拟分析,对比了两种不同结构沟槽的特性,为今后水利工程的设计优化提供理论依据.【期刊名称】《水科学与工程技术》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】5页(P70-74)【关键词】水利工程;渡槽;有限元分析;数值模拟【作者】胡井泉【作者单位】凌源市凌河城区建设管理办公室,辽宁朝阳 122500【正文语种】中文【中图分类】TV222渡槽作为渠系建筑物中应用最广泛的结构，在导流、排洪等方面起着不可替代的作用[1]，是农田水利建筑物中不可或缺的一部分。

应用ANSYS软件设计并完善渡槽槽身的结构型式及受力特性等，已成为水利工作者研究的重点[2-3]。

赵卫平[4]发展并提出了假想弹簧法，对框架的结构进行了分析；熊孝波等[5]结合现场实验数据对某桥桩的基础进行了三维有限元分析，研究了基底土体附加应力以及孔隙水压力分布等规律；张鹏等[6]建立了车体结构有限元计算模型，并通过APDL程序管理和组织ANSYS命令，初步实现了模型的建立及后处理的全过程，验证了有限元模型的可实施性。

本文选取凌源新建灌区工程渡槽水毁修复工程作为模拟分析对象，利用ANSYS软件对其受力特性进行了研究，分析比较了不同工况条件下的连续梁渡槽槽身在设计水深、空槽无水及满槽水深情况下的受力特征，并与简支梁结构渡槽槽身进行对比分析，得到了连续梁结构的最优适用条件，为今后相关技术的发展提供数值参考。

1 模型建立1.1 基本参数选取凌源新建灌区工程渡槽水毁修复工程作为数值分析对象，利用Ansys软件对渡槽槽身建立三维有限元分析模型。

目标槽身全长75m，采用连续梁结构，满槽过水断面尺寸为3.2m×1.5m，槽身底坡坡比1∶300，边墙厚0.35m，底板厚0.25m。