淮安枢纽工程三维有限元结构分析

【摘要】　淮安立交地涵的结构形式和受力条件以及两岸辅助建筑物和路堤对结构应力和变形的影响非常复杂, 为此对整个工程结构的强度和变形状况进行了三维有限元计算分析。前后两次计算结果表明,在修改后的立交地涵设计方案中上、下游涵首段结构各部分的受力情况和不均匀变形量都能满足规范要求,但局部区域仍出现较大的拉应力,需要加强这些区域的构造设计和增加配筋量。
【关键词】　淮河入海水道　淮安枢纽　立交地涵　三维有限元　结构分析
淮河入海水道工程是解决洪泽湖洪水出路,保证洪泽湖大堤安全的整个淮河流域治水的一项战略性骨干工程,西起洪泽湖大堤的二河闸,东至黄河扁担港,全长163·5km。 为控制入海水道的泄洪流量和沿线的泄洪水位、排涝水位,解决入海水道沿线与京杭运河、通榆河及渠北众多排涝河流的交叉矛盾,拟兴建二河、淮安、滨海和海口四个枢纽。
枢纽近期设计泄洪流量2270m3/s,强迫泄洪流量2890m3/s;远景扩建后,设计泄洪流量7000m3/s,强迫泄洪流量 7960m3/s。淮安枢纽是入海水道的第二级控制枢纽,位于入海水道与京杭运河的交汇处,主要作用为穿越京杭运河,满足运河的航运要求、汛期泄洪和渠北运西地区的排涝要求,以及连接淮杨公路交通。 立交地涵是淮安枢纽的主要组成建筑物,地涵轴线与京杭运河中心线基本重合,地涵中心线平行于入海水道中心线,位于水道中心线北侧12m。该地涵与运河采用斜交方式,涵轴线与运河中心线交角77°。
地涵采用上槽下洞(上部为运河渡槽,下部为水道泄洪涵洞)的立体交叉结构形式。初步设计涵洞近期为15孔(远期扩建成24孔),单孔尺寸7·5m×8·0m (宽×高),三孔一联,单联宽度 24·4m。涵洞顺水流方向总长101·35m。每联又分为三段—─上游涵首段段、涵洞段和下游涵首段段。上、下游涵首段顺水流方向长均25m,上部渡槽呈“U”形结构,槽宽70m,总长122·08m。
有限元是目前解决复杂空间结构力学分析问题中最为行之有效的数值方法。淮安立交地涵为典型的空间立体交叉水工建筑物,在整个入海水道工程中具有十分重要的地位,其结构形式和受力条件以及两岸辅助建筑物和路堤对结构的影响甚为复杂, 因此有必要对这一大型立交地涵进行三维有限元结构计算分析。在计算模型中,笔者充分考虑了地涵结构的布置形式,尽可能细致地模拟结构的原始布置,比如,涵洞墩体的形状、厚度,上游入口处 (下游出口处)涵洞洞身的曲线形状,闸门的位置、涵顶公路以及地涵墩墙混凝土贴角等。
计算建模时,对立交地涵结构分别取上游涵首段和下游涵首段整体作为研究对象,考虑上部闸室结构、涵洞和地基的相互作用,地基开挖后土体的回弹变形作用和重新加荷时弹模的变化等情况。因单元网格剖分的好坏直接关系到应力应变结果的精度,在进行有限元网格离散时,采用了不同的单元种类,地基采用常规的六面体8结点等参块体单元,考虑到常规的8结点等参单元是线形协调单元,不能较好反映弯曲性能,为此结构部分采用了空间六面体8结点非协调单元和空间五面体6结点非协调单元,以提高计算精度。

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