竖井对拉式和U形锚固两种预应力闸墩结构有限元数值分析

作     者：段永涛 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李守义;叶林

授予年度：2006年

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：竖井对拉式 U形 预应力闸墩 有限元 高坝 

摘      要：泄水建筑物的闸墩和支撑大梁是保证弧形工作闸门安全运行的关键受力结构,其预应力锚固设计是一项技术性强、质量要求高的工作。随着我国高坝事业的发展,泄水建筑物的泄量不断增大,工作水头不断攀升,泄洪孔口尺寸逐渐增大,弧形闸门所承受的推力也随之加大,闸墩受力相应地也在加大。但是由于受溢流宽度的限制,闸墩尺寸不可能设计过大,这就导致了闸墩应力的恶化,采用预应力结构遂成为必然。 论文以高坝坝身泄水孔的闸墩为研究对象,这种闸墩的特点是大悬臂结构,且其对应部位的坝体较薄;空间结构复杂,仿真难度大。论文选择竖井对拉式和U形锚固两种预应力方案,分析不同主锚索的布置和根数对预锚效果和坝体应力的影响;分别探讨了这两种锚固方式的机理、数值模拟方法以及有限元建模等;通过工程实例的计算研究分析了闸墩在各种工况下的工作性态和应力分布规律;提出结构受力的关键部位与受力特性,为优化闸墩结构的主、次锚索布置和数量提供数据资料,对节约工程投资,改善结构性能,保证结构安全运行有着重要意义。 研究得出,两种预应力方案基本上都可使得关键部位拉应力值降低到允许范围内,竖井对拉式锚固结构优点是加力方式简单、作用机理明确,弊端是需要在坝体内部预留竖井,削弱了坝体结构危害了坝体自身安全。U形锚固克服了这一不足,达到既不削弱坝体结构,又使其周围应力趋于均匀的目的。大梁次锚索的设置提高了大梁刚度,最大限度均化闸墩和大梁的受力,提高结构的受力性能。最后论文根据实例工程的经验,提出了新的闸墩预应力体系的设计方法,此方法比拉锚系数法更能反映实际情况。