基于單荷載因素的涵洞式渡槽數(shù)值仿真分析

原 瑞，鈕立功，馬文亮

(1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450046；2.中國人民解放軍32033部隊(duì)，海南 海口 570000)

南水北調(diào)中線工程的沙河涵洞式渡槽由上部渡槽和下部涵洞兩部分組成，其中，上部渡槽為雙槽分縫、單槽截面為矩形的結(jié)構(gòu)，用于調(diào)水渠道輸水，下部涵洞為箱型，不僅可以用于引導(dǎo)河水下泄，而且起到支撐上部渡槽結(jié)構(gòu)的作用[1]。涵洞式渡槽為薄壁超靜定結(jié)構(gòu)，建于土基上，基礎(chǔ)材料的變形模量較低，應(yīng)力、變形情況在不同荷載作用下較為復(fù)雜，很難用一般的力學(xué)計(jì)算方法準(zhǔn)確、直觀地反映出在各種工況下的實(shí)際分布及變形規(guī)律。因此，論文通過采用有限元法建立三維有限元計(jì)算模型，對涵洞式渡槽進(jìn)行位移及應(yīng)力的計(jì)算和分析。

1 計(jì)算模型

1.1 模型參數(shù)

該涵洞凈高7.7 m，下部為換填卵石，深2.5 m，彈性模型E1=35 MPa，再向下為3.2 m深的礫砂，彈性模型E2=20 MPa，最下部為原狀卵石，彈性模型E3=40 MPa。涵洞式渡槽槽身采用的混凝土為C40，涵洞底墊層混凝土為C10，鋼筋采用Ⅱ級熱軋鋼筋[2]。

1.2 有限元模型

采用有限元法分析沙河涵洞式渡槽的變形和應(yīng)力，建立三維有限元模型[3]。渡槽、涵洞及地基采用8節(jié)點(diǎn)等參塊單元[4]。有限元計(jì)算模型如圖1所示，在地基四個側(cè)面和底面施加法向位移約束[5]。考慮在荷載作用下混凝土徐變的影響，取混凝土應(yīng)力松弛系數(shù)為0.3。

圖1 涵洞式渡槽有限元模型

1.3 計(jì)算工況

在對涵洞式渡槽進(jìn)行位移分析時，主要考慮了以下單荷載因素：自重、渡槽設(shè)計(jì)水壓、渡槽滿槽水壓、人群荷載、設(shè)計(jì)揚(yáng)壓力、校核揚(yáng)壓力、涵洞設(shè)計(jì)水壓、涵洞校核水壓、風(fēng)荷載、施工檢修、溫度荷載等[6]。……