南水北调中线保定段漕河渡槽工程优化设计(新)

同理，计算出：?=42.91m2，湿周??16.65m，水力半径

R??/??42.91/16.65?2.577m，C?11/61R?2.5771/6?78.08，于是过水n0.015流量Q??CRi?42.91?78.082.577?1/3900?86.12m3/s〉原设计流量75m3/s。

说明双单槽优化方案在原设计过水深度情况下，完全满足过流量要求。

5.三维应力与变形计算

5.1计算工况

本次优化方案选取以下计算工况：

5.1.1工况1：结构自重+人群荷载+正常过水深度（单槽双孔方案与双单槽方案均采 用）；

5.1.2工况2：结构自重+人群荷载+加大过水深度（单槽双孔方案与双单槽方案均采 用）；

5.1.3工况3：结构自重+人群荷载+一槽无水另一槽为正常过水深度+风侧压力（作用于空槽侧）（仅单槽双孔方案采用）。

5.2计算原理

按空间壳体结构进行计算，采用线弹性理论有限单元法，假定结构在外荷载作用下不出现屈服现象；计算采用ANASYS软件进行计算，选用Solid65单元模拟钢筋混凝土，而预应力钢绞线则用Link8单元进行模拟。预应力施加采用温度等效方法获得，即设定钢绞线与钢筋混凝土初始温度相同，计算中则让钢绞线产生均匀温降，产生的温差会使钢绞线收缩，于是产生拉应力，只要该拉应力与设计张拉预应力相同即可。计算荷载是一次加在渡槽上，不考虑分级加载。

5.3三维计算模型

5.3.1模型坐标的确定

渡槽三维模型用X,Y,Z坐标轴推求得到，X为渡槽纵轴线方向，Y方向为竖直向上方向，Z方向为水平垂直渡槽纵轴线方向。

5.3.2模型计算范围

取一个完整的渡槽跨度段作为有限元计算范围，即长30米，宽度21或11.3米。

图5 单槽双孔方案三维有限元计算模型

1VOLUMESTYPE NUMJUL 9 200510:43:44YZX 图6 双单槽优化方案三维有限元计算模型

5.3.3单元类型及数量

采用四面体单元，支座附近单元加密，双槽优化方案总共剖分单元16842个，

而双单槽优化方案总共剖分单元10925个。

图7 单槽双孔方案三维有限元计算模型单元剖分示意图 1ELEMENTSJUL 8 200517:52:59YZX 图8 双单槽方案三维有限元计算模型单元剖分示意图 5.4计算结果 5.4.1工况1时单槽双孔优化方案计算结果

图9 正常水深工况下（无风压）第一主应力（Pa）

NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1S3 (AVG)DMX =.004482SMN =-.527E+08SMX =.462E+07

1JUL 15 200508:45:04MXMNXYZ -.464E+08-.336E+08-.209E+08-.812E+07.462E+07-.527E+08-.400E+08-.272E+08-.145E+08-.175E+07 图10 正常水深工况下（无风压）第三主应力（Pa）