水工混凝土结构设计若干问题研究

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水利枢纽工程功能复杂,结构类型多,既包含水工结构建筑物,也包含建筑结构、桥梁结构等建筑物。从业人员包含同为土木工程专业的水工、建筑结构、和桥梁结构等专业人员。由于所学专业的不同,对现有混凝土规范体系的理解不同,水工结构设计中往往存在不同专业的规范混用问题、利用现有建筑结构计算软件设计水工混凝土结构问题和伸缩缝留设等问题。这些问题都容易造成水工混凝土结构的安全隐患和不必要的工程浪费。工程实例也验证了上述结论。水工混凝土结构,许多是块体结构,往往很难简化为传统的杆件结构进行计算配筋,需要进行实体建模有限元分析。确定合适的单元密度是进行有限元分析所需解决的主要问题。为了清楚了解进行实体分析时所需要的单元密度,文中详细讨论了平面应力状态下梁、柱单元的划分规律。指出在通常情况下厚度方向采用一阶元划分四层就可满足计算要求。块基型泵站温度应力问题是大型泵站的设计计算难点。通过泵站热力耦合分析可知:泵站和地基交界处为混凝土温度梯度较大部位,该部位在施工和设计中需要重点进行监控;混凝土水化热放热阶段最大温度发生在泵站与地基交界处;散热阶段温度表现为顶部混凝土温度分布较为均匀,且由顶部至底部混凝土温度呈现下降趋势;泵站混凝土施工中,放热阶段较容易出现裂缝的部位在泵站与基础相交部位和流道间下部部位。建筑结构计算软件虽方便快捷,但直接应用于水工结构设计却存在问题。只有将水工系列规范引入软件的编写中,才能完善地解决问题。在现有条件下,适当利用建筑结构系列软件进行水工混凝土结构的校审,是简单可行的。水闸上部机房伸缩缝的设置,没有必要与下部结构对齐。上部结构采用整体结构后,结构简单,受力合理,建筑立面处理方便,节省了工程造价,达到了结构方案经济合理的目的。本文的研究成果,可为相近工程的设计提供良好的借鉴作用。
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