【期刊信息】

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刊名:水动力学研究与进展
主办:中国船舶科学研究中心
ISSN:1001-6058
CN:31-1563/T
语言:中文
周期:双月刊
被引频次:9745
数据库收录:
CSCD中国科学引文库(2017-2018);期刊分类:水利建筑

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河道防洪枢纽控制工程中栅墩纵梁参数对结构动(2)

来源:水动力学研究与进展 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2021-07-22

作者:网站采编

关键词:

【摘要】图2 有限元仿真模型 边界约束荷载考虑栅墩结构自重,外荷载为地震动作用,以拟静力法考虑将地震动作用分为惯性力与动水压力影响。其中惯性力以反应

图2 有限元仿真模型

边界约束荷载考虑栅墩结构自重,外荷载为地震动作用,以拟静力法考虑将地震动作用分为惯性力与动水压力影响。其中惯性力以反应谱作为荷载确认,本文地震动反应谱以EI Centro地震波作为施加荷载,其反应谱见图3,按照空间体系中3个方向,分别作用在结构模型网格单元节点上。由于堤防工程迎水侧正常蓄水,因而所考虑的动水压力M′根据式(1)计算[12-14],按照力作用点施加在栅墩地基结构体系中。

式中:H为深度;Zi、Ai分别为坝基距离与截面积;ρw为流体密度。

图3 加速度反应谱实测值

3 纵梁截面体型设计参数对动力特性的影响特征

3.1 纵梁截面高度

为研究纵梁截面高度参数对栅墩动力特性影响,在设计纵梁截面宽度均为0.5 m情况下,设定各截面高度分别为0.5 m(A方案)、1 m(B方案)、1.5 m(C方案)、2 m(D方案)4个方案,各截面体型方案见图4。

图4 不同截面高度设计方案(宽度均为0.5 m)

3.1.1 应力特征

经仿真计算获得纵梁不同截面高度下应力变化特征,见图5。从图5中可看出,纵梁上最大拉应力与截面高度参数为正相关关系,当截面高度为0.5 m时,纵梁上最大拉应力为7.1 MPa;而当截面高度增大至1.5和2 m后,纵梁最大拉应力相比前者分别增大14.3%和17.1%。分析认为当纵梁截面高度增大后,栅墩横梁上会过渡影响至纵梁,造成纵梁上拉应力有所增大。相比纵梁上最大拉应力递增态势,栅墩承台上最大拉应力与截面高度并无显著关联性,承台最大拉应力随截面高度增大而稳定不变,最大拉应力均维持在9 MPa左右。腰墙上最大拉应力相比纵梁、承台最大拉应力均要低很多,当截面高度均为1 m时,腰墙上最大拉应力为2 MPa,仅为同设计方案下纵梁、承台最大拉应力的27.7%和22.7%;当截面高度增大时,腰墙上最大拉应力在截面高度1 m后增长显著,截面高度2 m时最大拉应力相比高度1 m时增大21%。从工程安全性角度考虑,当截面高度在1m以下时,更有利于腰墙结构安全稳定性。

图5 不同截面高度下最大拉应力变化特征

3.1.2 变形特征

图6为不同截面高度设计参数下栅墩各方向位移变化值。从图6中可知,栅墩X、Y向位移在截面高度递增过程中几乎无较大变化,分别稳定在14和13.7 mm,即截面高度改变并不影响栅墩在X、Y向上所发生的动力位移响应。栅墩Z向位移随截面高度增大逐渐减小,高度0.5 m时栅墩Z向位移值为4.4 mm;而截面高度为1.5和2 m时的位移值相比前者分别降低6.8%和9.1%,表明截面高度设计参数愈大,可稍微抑制栅墩Z向位移发展。

图6 不同截面高度下位移变化特征

3.2 纵梁截面宽度

针对纵梁截面体型宽度设计,设定各方案截面高度均为2 m,截面宽度分别为0.5 m(1#方案)、1 m(2#方案)、1.5 m(3#方案)、2 m(4#方案),4个截面体型方案剖面形态见图7。

图7 不同截面宽度设计方案(高度均为2 m)

3.2.1 应力特征

图8为纵梁截面宽度影响下各特征部位最大拉应力变化特征。从图8中可看出,纵梁最大拉应力在宽度设计参数增大情况下有所递增,但幅度较小。截面宽度为0.5 m时,最大拉应力为8.3 MPa;而宽度增大至1.5和2 m后,最大拉应力增长幅度分别仅为11.8%和12.1%。腰墙最大拉应力随截面宽度变化特征与纵梁相类似,其最大拉应力在截面宽度超过1.5 m后增长处于停滞。与纵梁、腰墙有所差异的是栅墩承台,其最大拉应力随截面宽度设计参数递减。在宽度为0.5 m时的栅墩承台最大拉应力为9 MPa;而宽度增大至1.5和2 m后,最大拉应力相比前者分别降低6.6%和9.8%。由此表明,截面设计宽度参数增大会抑制其最大拉应力的发展态势,即纵梁截面宽度设计参数在1.5 m以下具有较好抑制闸墩张拉破坏。

图8 不同截面宽度下最大拉应力变化特征

3.2.2 变形特征

经仿真计算各设计方案下纵梁变形状态,获得闸墩各方向位移值随纵梁截面宽度参数变化曲线,见图9。从整体来看,栅墩X、Y、Z向位移随截面宽度设计参数几乎无较大变化,且X向位移与Y向位移基本接近一致,两者位移值均在14 mm左右;Z向位移相比X、Y向位移均较小,在截面宽度1 m时,Z向位移仅为X向位移的28.6%。分析认为,截面宽度设计参数过大或过小,并不影响栅墩各向位移的稳定。

图9 不同截面宽度下位移变化特征


文章来源:《水动力学研究与进展》 网址: http://www.sdlxyjyjzzz.cn/qikandaodu/2021/0722/637.html


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