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船闸闸室结构施工过程有限元仿真分析

作　者: 兰晓妮
导　师: 杨斌；刘明维
学　校: 重庆交通大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 船闸闸室非线性有限元法施工过程一次回填分层回填
分类号: U641.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 36次
引　用: 3次
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内容摘要

内河水运是国家综合运输体系和水资源综合利用的重要组成部分,船闸工程就是内河水运中一个重要的基础设施,而闸室又是船闸的关键部位,故闸室结构的安全稳定是船舶顺利通航以及整个船闸正常工作的保证。本文基于ANSYS有限元仿真分析软件,以四川省嘉陵江凤仪航电枢纽工程为背景,从施工角度出发,采用非线性(接触分析和生死单元)有限元法建立三维仿真模型,对粉砂质粘土岩地基上的整体式闸室结构进行了计算分析,主要内容如下:1、在对闸室结构进行应变和应力分析时,与考虑施工过程的分层回填法相比,不考虑施工过程一次回填的方法得出的结果不能真实反映结构的变形和受力规律。结构位移、闸室结构的最大拉应力、压应力和等效应力均大于模拟施工过程分层回填计算出的结果,一次回填法计算出的结果偏于保守。2、通过对不同分层数计算出的结果对比,分层数越多,闸室结构的最大拉应力、压应力和等效应力越小,计算出的结果符合实际,因此,在船闸结构施工过程的有限元计算中,应根据实际情况,尽可能地多分层计算。此外,模拟施工过程分层回填的计算方法还能清楚地反映出结构在每一层的变形和受力情况,对保证结构在施工阶段或使用期间的安全有重要意义。3、在其他条件不变的情况下,改变回填土的内摩擦角,闸室结构水平方向位移、最大等效应力、接触应力与内摩擦角均成负相关,而且随着回填层数的增加,差异在逐渐增大,在回填材料的选择上可根据此规律来作为参考。4、施工、完建和运行三种工况下,施工工况下闸室结构所受等效应力最大,完建工况次之,低水位运行期最小。就地基反力而言,仍然是施工工况最大,低水位运行工况介于施工和完建之间。因此施工期船闸结构和地基最易出现强度破坏。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 问题的提出与研究意义  8-9
  1.2 国内状况概述  9-16
    1.2.1 船闸的类型  9-11
    1.2.2 船闸闸室结构基本型式及构造要求  11-14
    1.2.3 船闸闸室结构研究现状和存在问题  14-16
  1.3 主要研究内容  16-17
第二章船闸闸室结构内力分析的解析法  17-24
  2.1 船闸结构的内力分析  17-23
    2.1.1 分离式闸室结构的内力分析  17-22
    2.1.2 整体式闸室结构的内力分析  22-23
  2.2 闸室结构解析法的局限性  23
  2.3 本章小结  23-24
第三章有限元方法及其在力学结构分析中的应用  24-37
  3.1 有限元法简介  24-25
  3.2 有限元法应用软件介绍  25-27
  3.3 有限元法的基本理论和分析的基本过程  27-30
    3.3.1 可转化为有限元法的弹性力学问题  27-30
  3.4 有限元方法在力学结构分析中的应用  30-36
    3.4.1 实体结构的有限单元法  30-34
    3.4.2 有限元方法在船闸结构分析中的应用  34-36
  3.5 本章小结  36-37
第四章船闸非线性仿真的实施及求解  37-44
  4.1 仿真分析的原理  37
  4.2 船闸闸室仿真计算前荷载的处理  37
  4.3 船闸闸室仿真计算中接触分析处理  37-39
  4.4 船闸非线性仿真的求解  39-43
    4.4.1 结构非线性问题的分类  39-42
    4.4.2 结构非线性仿真的求解  42-43
  4.5 船闸非线性分析的难点  43
  4.6 本章小结  43-44
第五章工程实例  44-50
  5.1 工程概况  44-46
    5.1.1 材料参数  44
    5.1.2 船闸闸室结构分析  44-46
  5.2 船闸闸室结构有限元模型的建立  46-49
    5.2.1 有限元仿真模型建立的基本理论  46-47
    5.2.2 模型边界及坐标系  47
    5.2.3 模型建立  47-48
    5.2.4 船闸结构网格  48-49
  5.3 本章小结  49-50
第六章船闸闸室结构回填过程仿真分析  50-71
  6.1 不同回填方法的计算分析  50-60
    6.1.1 船闸闸室结构两侧砂卵石一次回填施工方法分析  50-52
    6.1.2 船闸闸室结构两侧砂卵石分层回填施工方法分析  52-60
  6.2 一次回填和分层回填的对比分析  60-67
    6.2.1 位移成果对比分析  60-62
    6.2.2 闸室结构第一主应力对比分析  62-64
    6.2.3 闸室结构等效应力对比分析  64-67
  6.3 改变回填土体材料参数对闸室结构的影响分析  67-70
    6.3.1 对沉降量的影响  67-68
    6.3.2 对最大等效应力值的影响  68-69
    6.3.3 对接触应力的影响  69-70
  6.4 本章小结  70-71
第七章闸室施工、完建和运行三种工况的对比分析  71-80
  7.1 施工、完建和运行工况下计算结果对比分析  71-79
    7.1.1 位移成果对比分析  72-74
    7.1.2 接触状态对比分析  74-76
    7.1.3 应力成果对比分析  76-77
    7.1.4 地基反力对比分析  77-79
  7.2 本章小结  79-80
第八章结论与展望  80-82
  8.1 结论  80-81
  8.2 展望  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-86
在学期间论著及取得的科研成果  86

船闸闸室结构施工过程有限元仿真分析

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