文档介绍：水闸胸墙结构的有限元概述
第1章绪论
水闸,是一种低水头水工建筑物,其主要作用是通过闸门的启闭控制流量和调节水位,同时还担负着防止潮水倒灌和讯期排泄洪(漠)水的功能,是水利工程中主要建筑物之一水间由上游连接段、闸室段和下游连接段三个部分组成,上下游连接段又包括防渗排水设施、消能防冲设施及两岸连接建筑物,其中闸室段是水闸挡水、控制过闸水流的主体部分,包括闸底板、闸壤、胸墙、闸门、工作桥、交通桥[5]等部分。目前,随着我国水利事业的不断发展,水利工程越来越起着决定性的作用,如控制主要江河洪水,提高抗御自然灾害,保证人民生命财产安全,开发水力资源,发展水力发电,提高工农业生产和人民生活水平方面等。水利工程建设的目的是为了准确、安全的控制水流,为人类造福,而通过利用水闸,可以很好的控制水流,是控制水流的主要方法。水闸的间室中包含闸门、启闭机等金属结构,随着工程规模的日益增加,闸门尺寸、启闭机的启闭力都将会大大增加,尤其是上游水位变幅较大而过闸流量有控制要求时,利用胸墙挡水,可降低闸门高程及启闭力;另外,胸墙与闸墩相连,可以增加闸室垂直水流向的刚度,提高工程的可靠性和安全性,在地震区能提高水闸的抗震能力。可以大大减少工程投资。胸墙与闸壤的连接形式有简支形式或固支形式。对于简支形式,工程设计计算中一般按两端简支在闸壤上计算,而固支形式按两端固支在间鐵上的计算方法。然而两种计算方法不能准确的反映实际情况,反映不出闸堪以及整个闸室对胸墙的影响。胸墙是水利工程中最常见的工程细部结构之一,它的设置是否经济合理将直接影响工程的安全运行和建成后的经济效益。因此有必要对胸墙的结构计算进行研究,完善其计算理论和方法。
胸墙是一般都是钢筋混凝土结构,在闸室中总是跟阐门配合使用,分为前置胸墙和后置胸墙[6-7]。前置胸墙即胸墙在阐门上游,在大、中型水闸中,这种结构比较常见,它有如下优点:(1)门顶无水压力,可以减少启闭力;(2)启闭机杆或启闭用钢丝绳及其它支承部分不至于在水中长期浸泡而锈烛,不仅维护方便,还可以延长使用寿命,同时减少运行费用。如果闸门采用弧形闸门,这种前置胸墙也有缺点:(1)门顶无水,无法通过利用水柱压力而关闭闸门;(2)水压力大的情况下,容易将顶部止水橡皮压开,这时要防止闸门过分受压而翻转;(3)对间门的止水结构精度要求高。由前置胸墙的这些缺点知,它可以用在工程长期不间断运行,且止水要求不是很高的水闸上,如引水枢纽进水闸、引水渠道退水闸、冲砂闸和压力前池冲砂闸。后置胸墙,即闸门在上游,胸墙在下游;这种结构型式通常在小型水闸或止水精度要求较高的工程中采用。后置胸墙也它的优点和不足,其优点有:(1)可以利用门顶水柱压力关闭间门,尤其是在用眷扬式启闭机的闸门时,可以减少闸门的自重;(2)闸门紧靠胸墙,使止水设备简单,止水效果较好且可靠;(3)可以增加闸室稳定性。缺点:(1)启闭机梁长期处于运行状态;(2)启闭设备以及支承部分,由于长期浸泡,使用寿命缩短,维修费用增加;(3)由于水压力作用,启闭力增加,工程投资增加。
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第2章有限元计算理论
有限元法这种模型方法不是一般研究意义上的模型方法,它是一种对初始模型再进一步模型化的方法。即在得到需要的分析模型后,有限元法再应用计算机数值模拟对结构进