引江济淮工程某水闸闸室结构静动力分析

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引江济淮工程是由长江下游向淮河中游地区跨流域补水的重大水资源配置工程。河南段工程为江水北送段的一部分,其目的是向城镇生活和工业供水,兼顾水生态修复和水环境改善。本文研究的水闸在正常运行期起到抬高清水河水位使其逆流,汛期则防洪排涝的作用。因此,该闸的安全稳定运行,是引江济淮工程江水北送区域水安全的重要保障。根据安全鉴定,原水闸为四类闸,需拆除重建。在该闸初步设计的基础上,本文针对该水闸的原5孔闸改建为3孔闸的重建方案,采用ANSYS有限元计算软件对闸室段在完建期、正常蓄水位、50年一遇设计水位以及校核洪水位工况下的静力特性进行了分析,同时对该闸的地震响应进行了计算。主要工作和结论如下:(1)对引江济淮工程某水闸工程背景和初步设计成果进行了介绍,对该闸进行了水力计算、防渗排水设计、结构设计计算,并对闸室在完建期、正常蓄水位、设计洪水位、检修、校核洪水位5个工况下的稳定性进行了分析验算。(2)采用ANSYS软件建立了闸室结构整体计算模型,对其完建期、正常蓄水位、50年一遇设计水位以及校核洪水位4种工况下的静力特性进行了计算分析,结果表明:水闸的位移变化以竖直沉降为主,底板沉降最大值为52.45mm,闸墩部分沉降最大值为52.37mm,均出现在校核洪水位工况的下游部位。底板与闸墩最大拉应力分别为1.55MPa、0.75MPa,均发生在校核洪水位工况。(3)对闸室结构在正常蓄水位工况进行了模态分析,通过分析前十阶振型可以得知阶数增高,闸室的自振频率随之增加,动力反应以低阶振型为主高阶振型为辅。各阶振型符合一般自振规律,具有良好的自振特性,动水压力对结构的影响随着振型序号的提高而下降。(4)通过利用ANSYS软件对水闸正常蓄水位分别受到顺水流方向和垂直水流方向地震荷载进行动力分析,得到了该水闸的动力响应。结果表明:水闸的动位移变化以竖直沉降为主,底板部分沉降最大值均出现在右侧边墩与底板相交处上游一侧,分别为54.82mm、53.71mm,闸墩部分沉降最大值均出现在右侧边墩上游一侧,分别为52.23mm、51.42mm。在两种地震荷载作用下,底板拉应力均位于底板下表面与闸墩相交处,最大值分别为1.60MPa和1.62MPa,闸墩拉应力最大值均位于闸墩闸门门槽处,最大值分别为1.85MPa和1.88MPa。因此在优化设计过程中,应采取必要的措施,尽量控制地基的均匀沉降,并且加大闸门门槽处以及底板与闸墩连接处的配筋,从而避免结构发生破坏。
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