用户名: 密码: 验证码:
南水北调中线工程大型渡槽预应力结构优化设计研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
南水北调工程是世界上最大的跨流域调水工程,是将南方淡水资源引入北方缺水地区,建成后能够满足北方人民的生活、生产用水需求,有效缓解我国区域水资源短缺问题。南水北调工程对于水资源优化配置,促进流域经济、社会、资源与环境的可持续发展具有重大意义。由于沿程路线长,地质地貌条件复杂,南水北调工程输水过程中需要建设许多渡槽结构跨越山谷、河流。根据工程调水量大、跨度大、自流输水等特点,所设计渡槽结构的规模都比较庞大,在设计过程中出现了许多前所未有的难题。
     本文根据实际工程需求,以南水北调中线工程双洎河渡槽为研究对象,对大型渡槽的结构设计进行深入研究,主要内容如下:
     (1)分析渡槽结构选址处的水文、气候、地质和地貌等自然条件,初步确定渡槽长度,结合对工程防洪安全性和工程布置方面综合分析研究,最终确定渡槽上部结构长度为630m。
     (2)在预选2槽、3槽、4槽方案中比选,考虑单槽宽度和净水高度,结合经济投资和施工工艺水平,确定无论是矩形还是U型断面结构均采用4槽共同输水的形式。
     (3)从结构受力、安全施工、对河道的防洪影响以及节省投资等因素综合分析,在初步确定的矩形、U形方案中优化对比选择,最终确定渡槽槽身采用30m跨矩形断面,2槽一联,双联4槽共同输水方案。
     (4)结合渡槽选址处的自然条件和施工状况,确定了十种计算工况组合,全面考虑渡槽修建期和运行期间的各种受力状态。在初步确定设计方案的基础上,采用结构力学法计算,确定渡槽上部结构配筋,验证结构抗裂防渗性能。
     (5)在结构力学计算的基础上,采用Ansys软件对渡槽进行三维实体有限元复核,验证渡槽结构的设计是安全可靠的。结果表明,采用上述两种方法相结合计算是科学合理的。
     (6)采用有限元方法模拟槽身预应力钢绞线张拉次序,确保初定预张拉次序是科学合理的。
The south-to-north water transfer project is the largest water diversion projects in the world,it invests south freshwater resources into the northern areas of water scarcity, it can satisfy the north people's life and production water demand and effectively relieve regional shortage of water to our country after its building.The south-to-north water transfer project can also have a great significant for optimal allocation of water resources, promoting the regional economy, society, resources and environment sustainable development.Due to the the long route, complicated geological and geomorphic conditions,in the process of water diversion the south-to-north water transfer project needs to build many aqueduct structures across the valley and rivers.According to their characteristics such as the big volume,the long span and the gravity conveyance way,the design aqueduct structures are all very huge, it comes to a lot of unprecedented difficult problems in the design process.
     Based on the actual product requirements,this study takes the South-to-north water transfer project Shuangjihe aqueduct as the research object,the main content is as follows:
     (1) Analysis the hydrology,climate,geology,geomorphology and other natural conditions of the aqueduct structure site,preliminary to determine the the Aqueduct length,combined with flood control security and engineering layout analysis,finally determine that the upper length of the aqueduct structure is 630m.
     (2)Taking slot 2,slot 3,slot 4 as the Selection Schemes,consider the single-slot width and water purification height,combined with the nowadays construction technology level,and determine that whether it is rectangular or U-shaped cross-section structure all adopt slot 4 which is the common conveyance form.
     (3)Compared from the structural stress, structural safety, the construction, river flood control impact angle and economic point of view,initially identiy the rectangular and U-shaped program, finally determine that the super structure adopt 30m cross-rectangle aqueduct,water transfer form adopt two slots of a joint and double trough section.
     (4)Combined with the nature and construction conditions at the Aqueduct site, determine ten kinds of calculation condition ensuring that fully considering various stress state during the aqueduct building and running. Based on initially identified design programs,adopt structural mechanics method to calculate, the result identifies that reinforcement of the aqueduct upper structure is consistent with the resistancing crack requirements.
     (5)Based on the structural mechanics calculations result, use Ansys software for 3d entity aqueduct finite element recheck computation,determine that the design of the aqueduct structure is safe and reliable. Analysis the two results of two calculations mathods,draw that adopting a combination of two calculation methods for large aqueduct design is scientific and rational.
     (6) Using the finite element method calculation check aqueduct prestressing steel strand tensioning sequence, ensure the initial pre-tension order is scientific and rational.
引文
[1]刘永懋,宿华,刘巍.中国水资源现状及未来-21世纪水资源管理战略[J].吉林:水资源保护,2001(04):13-15.
    [2]耿继祥,马立伟.中国水资源显示问题与解决对策[J].齐齐哈尔:齐齐哈尔师范学院学报,1995[04-15]:57-59.
    [3]尚学军,乔建平,张军峰,张玉萍.南水北调(中线)与河南省沿线城市供水发展[J].给水排水动态,2002(01):22-25.
    [4]国家计委,水利部.南水北调工程总体规划[R].2002.
    [5]张龄峻.南水北调首要解决北方生态用水问题[J].中国食品质量报,2005(01):1-2.
    [6]魏子昌.引江济汉与南水北调[J].水利天地,1992(01).
    [7]赵文华,薛云霞.渡槽[M].北京:水利电力出版社,1989.
    [8]张学朋,李晓克,陈亚丁,李长永.大型预应力排水渡槽结构设计的初步探讨[J].南水北调与水利科技,2007(05-06):110-113.
    [9]周厚贵,马吉明,马金刚.国内外渡槽的发展与南水北调中线漕河渡槽[J].南水北调与水利科技,2007(03):14-17,20.
    [10]西北大学历史系考古专业《郑国渠》编写组.郑国渠[M].西安:陕西人民出版社,1976.
    [11]安作璋.中国运河文化史[M].济南:山东教育出版社,2001.
    [12]郦道元(北魏).水经注疏[M].南京:江苏古籍出版社,1989.
    [13]陈桥驿.水经注校释[M].杭州:杭州大学出版社,1999.
    [14]武汉水利电力学院,水利水电科学研究院《中国水利史稿》编写组.中国水利史稿(上、中、下册)[M].北京:水利电力出版社,1979、1987、1989.
    [15]中国葛洲坝集团公司.南水北调中线漕河渡槽工程施工关键技术研究项目建议书[z].中国甚测坝集团公司,2005.
    [16]南水北调中线干线工程建设管理局.南水北调中线干线京石段应急供水工程漕河渡槽段项目招标文件[Z].2004.
    [17]华东水利学院.水工设计手册第8卷,灌区建筑物[M].北京:水利电力出版社,1999.
    [18]高小翠,彭琳.大型预应力混凝土箱式渡槽有限元分析[J].中国农村水利水电,2003,5(26):53-55.
    [19]姜新佩,U型薄壳渡槽槽身设计的研究[J].水利水电技术,1998.8.
    [20]南水北调中线一期工程总干渠初步设计梁式渡槽土建工程设计技术规定[S].北京:水利部水利水电规划设计总院,2006,10,16.
    [21]赵顺波,胡志远,李晓克.大型多纵粱式钢筋混凝土渡槽结构受力试验研究[J].水力发电学报,1999,(3):42-52.
    [22]梅洁.南水北调史诗性纪实:大江北去,北京十月文艺出版社.2007,11,06.
    [23]赵廷华,王彩玲,申英桃.南水北调大流量大断面预应力U型薄壳渡槽应用技术研究[R].郑州:河南省水利勘测设计有限公司,2010,12.
    [24]南水北调中线工程总干渠双洎河渡槽初步设计报告[R].郑州:河南省水利勘测设计有限公司,2008,7.
    [25]S/L 252—2000,水利水电工程等级划分及洪水标准[S].北京:中国水利水电出版社,2000,8,1.
    [26]姚振勤,赵顺波.南水北调中线工程钢筋混凝土多纵梁渡槽结构分析与试验研究[R]. 郑州:华北水利学院、河南省水利勘测设计研究有限公司,2002.
    [27]南水北调中线一期工程总干渠双洎河渡槽招标设计工程地质勘察报告[R].郑州:河南省水利勘测设计研究有限公司,2010.
    [28]南水北调中线工程沿线设计地震动参数区划报告[R].北京:中国地震局分析预报中心,2004.
    [29]GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
    [30]Shah, J. J., Construction of Gomti Aqueduct,Indian Concrete Journal,1986,(6).
    [31]孙明权.双洎河渡槽矩形梁式方案槽身应力分析研究[J].郑州,人民黄河,1999,21(9):35-36.
    [32]李遇春,李锦华.关于大型渡槽结构设计的几个问题[J].中国农村水利水电,2006,(7).
    [33]Hingorani J S. Design of reinforced concrete box aqueducts. Indian Concrete Journal,1983, (10).
    [34]TB 10017-19,铁道工程水文勘测设计规范[S].北京:中国铁道出版社,1999.
    [35]南水北调中线一期工程总干渠初步设计梁式渡槽土建工程设计技术规定[S].北京:南水北调工程中线一局,2006,10,16.
    [36]Yuchun Li. Transverse Dynamic Characteristics and Seismic Re2 sponses of arge-Scale Tall-Pier Aqueduct[Z]. Proceedings of The 2nd International Conference on Advances in Steel Struc2 tures, Hong Kong, China, Elsevier Science,1999.
    [37]冯光伟,左力,王彩玲,等.南水北调沙河梁式渡槽结构选型与跨度分析研究.南水北调与水利科技.2010(8)27-30.
    [38]王光华,张利,宋谦.南水北调中线沙河渡槽施工方案研究与分析.河南省水利第一工程局等,2011(5)1-12.
    [39]李涛峰,李凤琴,杨春景,南水北调中线双洎河渡槽横杆受力分析[J],黄河水利职业技术学院学报,2010,22(4):14-16.
    [40]SL/T191-96,水工混凝土结构设计规范[S].中华人民共和国电力工业部,1997.
    [41]GB50199-94,水利水电工程结构可靠度统一设计标准[S].中华人民共和国原能源部,中华人民共和国水利部,1994.
    [42]DL5077-1997,水工建筑物荷载设计规范[S].电力工业部中南勘测设计研究院,1998.
    [43]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京:中国水利水电出版社,1998.
    [44]GB50009-2001,建筑结构荷载设计规范[S].北京:中华人民共和国城乡建设环境保护部,1988.
    [45]靳沾,南水北调中线河北段左岸排水建筑物预应力渡槽结构设计[J],水科学与工程技术,2007(6)45-47.
    [46]王森林,郝文秀,徐晓,等.洺河渡槽结构静力分析[J].河北农业大学学报,2002(4).
    [47]朱伯芳.有限单元法原理与应用[M].中国水利水电出版社,1998.
    [48]潘旦光,张国栋,李峥.超大型U型渡槽有限元分析[J].武汉水利电力大学(宜昌)学报,2000(1)
    [49]Evertine G C. Finite Element Formulations of Structural Acous2 tics Problems[J]. Computer & Structures,1997,65(3):307-321.
    [50]Evertine G C. Structural Analogies for Scalar Field Problem [J].Int. J. Numer. Meth. Engng, 1981.(17):471-476.
    [51]Chen H C, Taylor R L. Vibration Analysis of Fluid-Solid Sys2tems Using a Finite Element Displacement Formulation [J]. Int.J. Numer. Meth.Engng.1990.(29).
    [52]贾少燕.取水输水工程设计软件研制与特点[J].南水北调与水利科技.2008.(8).16-17

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700