大型渡槽剪力滞效应的研究

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渡槽是输送渠道水流跨越河渠、沟壑和道路等的架空输水构筑物,是极为重要的生命线工程。南水北调工程中大型渡槽大量采用多箱薄壁结构型式,作为肋板形式的宽梁或开口的箱形梁,其宽跨比较大,会在复杂的薄壁槽身截面上产生剪力滞现象。剪力滞效应会导致结构局部应力过分集中,造成结构破坏或局部开裂,影响结构的安全性或适用性。20世纪70~80年代,由于忽略剪力滞效应导致多座桥梁破坏引起各国学者的注意。而目前还未见到有关于渡槽剪力滞效应的研究。本文针对渡槽的剪力滞效应,做了如下的工作和研究。 介绍了目前剪力滞效应的研究理论和方法,并对这些理论和方法的适用性、局限性作了比较说明。针对等截面槽形梁在荷载作用下考虑剪力滞效应时的变形特点,假定其纵向位移函数,采用基于最小势能原理的能量变分法推导得到了槽形简支梁、悬臂梁、连续梁的剪力滞效应计算公式。 介绍了有限元法在渡槽结构研究中的应用,对有限元法中板壳单元与实体单元运用于渡槽结构的计算进行了比较,得到壳单元在渡槽结构计算中满足精度的要求,是一种良好的单元。 应用ANSYS程序,运用有限元法对渡槽的剪力滞效应的各影响因素进行了较详细的研究。得到了在简支支承和连续支承的不同支承条件下,分别在水体荷载和自重荷载作用下,单箱渡槽与多箱渡槽结构的纵向应力分布规律以及渡槽的宽跨比、荷载形式和约束条件是渡槽剪力滞效应的主要影响因素。并对剪力滞效应对渡槽结构的影响做出了评估,对渡槽结构中如何减小剪力滞效应的影响提出了方法和建议。 研究成果对渡槽结构的设计和优化具有一定的参考价值。
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