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水闸是一种低水头建筑物,一般建立在岩基或土基上,设计分析时需要考虑地基沉降对整体结构影响、抗滑稳定、内力分析、配筋设计和结构抗震等。本论文依托于南顺南水闸的结构设计,针对南顺南悬挂式水闸进行分析计算研究,根据实际资料建立有限元模型进行静力学分析和动力学分析,从而得到闸墩各个部位的工作性能情况。考虑不同水位下的多种工况,对闸墩、底板、牛腿进行承压、受拉分析。借助ANSYS 有限元分析软件模拟不同水位下模型的承压、受拉情况,为工程结构各个部位的工作性能研究及水闸的设计提供理论计算依据;同时对闸墩进行多工况荷载组合计算,得出不同工况组合时,各部位工作性能情况,主要内容如下:
(1)介绍了Ansys有限元计算软件发展现状;静力、动力有限元计算理论;混凝土结构计算基本理论。针对目前工程界广泛关注的结构抗震问题,介绍了动力计算的基本理论及求解方法。
(2)详细介绍如何利用有限元法对地基、左右边墩、中墩、牛腿、底板进行整体静力分析计算。结合实际工程,提出了计算模型整体分析方法,运用有限元分析软件ANSYS对整体结构进行静力分析,针对主要结构-闸墩、牛腿、底板在不同工况下进行分析模拟。根据应力计算结果,双牛腿悬挂式水闸,是安全可靠的。
(3)根据静力计算结果研究左右边墩、中墩、牛腿、底板在不同工况下各个部位的应力分布情况,为各个部位的设计提供参考依据,利用分析探讨了闸墩各部位在各工况下变形协调问题。
(4)详细介绍动力有限单元法—振型分解反应谱法,结合实际生产,计算闸墩的自振特性,再用加速度反应谱法计算动力效应,探讨地震对于整体结构的影响。对顺河流向和垂直河流向进行分析,在垂直河流向地震荷载下,闸墩出现了较明显的弯曲、扭转等振型,针对垂直河流向各阶振型对计算结果进行了分析比较。
(5)根据动力计算结果研究不同工况下各部位在地震波作用下应力分布变化进行分析,为各个部位的设计提供参考依据。
通过理论分析和ANSYS模拟相结合的方法,为南顺南水闸工程的设计、施工提供了重要依据,还可为其它水闸结构的设计、施工提供参考。