marc軟件在溢洪道預(yù)應(yīng)力閘墩結(jié)構(gòu)中的運(yùn)用

MARC軟件在溢洪道預(yù)應(yīng)力閘墩結(jié)構(gòu)分析中的運(yùn)用1.概述糯扎渡水電站溢洪道為岸邊開敞式建筑，在PMF洪水位下可泄洪31318m3/s。閘門控制段凈寬151m，設(shè)置8孔15×20m（寬×高）弧形閘門，閘墩厚4.5m。采用孔口分縫，中墩為倒“T”形結(jié)構(gòu)，縫間寬度19.50m，邊墩為貼壁式“L”形結(jié)構(gòu)，邊墩厚度為4.0m?；￠T支撐結(jié)構(gòu)型式為懸臂支撐，即牛腿結(jié)構(gòu)?；￠T最大推力達(dá)38510kN，常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)難以保證其在長期持續(xù)荷載下的正常使用。為此，設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。本文中僅介紹中墩的預(yù)應(yīng)力錨索布置及有限元分析情況。預(yù)應(yīng)力錨索的布置如下(見圖1)：圖1錨索布置圖主錨索每側(cè)10束共20束，其控制張拉力為3.60×106N/根，永存張拉力為3.00×106N/根，總的控制張拉應(yīng)力為7.20×107N，總的永存預(yù)應(yīng)力為6×107N，弧門的有效預(yù)推比為1.56，在國內(nèi)外的工程實(shí)踐中屬于領(lǐng)先水平。為使預(yù)應(yīng)力效果最佳，主錨索的布置方向與最大弧門推力方向相同?？偟拇五^索根數(shù)為20束布置方向?yàn)榇怪敝麇^索，其控制張拉力為2.30×106N/根，永存錨索力為2.00×106N/根，次錨索總的控制張拉力為4.60×107N，總的永存張拉力為4×107N。為了了解閘墩在各種工況（包括：預(yù)應(yīng)力施工期、中墩雙側(cè)過流時(shí)、閘墩單側(cè)擋水時(shí)、閘墩雙側(cè)擋水時(shí)）下的受力情況，由此要用三維有限元對(duì)閘墩進(jìn)行分析。2.結(jié)構(gòu)分析2.1計(jì)算模型本次計(jì)算采用MSC公司的MARC軟件對(duì)閘墩進(jìn)行三維有限元分析。分析對(duì)象主要為中墩。模型由閘墩、堰體、及基礎(chǔ)巖體組成，按結(jié)構(gòu)分縫（孔口中心）劃分，體形以閘墩中心線為對(duì)稱軸。計(jì)算模型如圖2所示，網(wǎng)格剖分根據(jù)結(jié)構(gòu)體形和錨索布置綜合考慮，共剖分三維八節(jié)點(diǎn)六面體單元15253個(gè)，節(jié)點(diǎn)6534個(gè)。模型的約束條件為：在所取模型巖體下表面各個(gè)節(jié)點(diǎn)施加約束。由于閘墩上部設(shè)有交通橋、檢修門槽和操作室等，為方便計(jì)算和網(wǎng)格劃分并借鑒已有工程計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，頂部結(jié)構(gòu)參與結(jié)構(gòu)計(jì)算，檢修門槽基本在張拉端外，計(jì)算中未考慮。2.2模型建立及網(wǎng)格劃分簡(jiǎn)介根據(jù)MSC軟件和CAD系列軟件很好的文件傳遞性能，本次結(jié)構(gòu)分析中模型建立采用兩種軟件相結(jié)合的方法進(jìn)行。根據(jù)設(shè)計(jì)人員的工作程序，閘墩的結(jié)構(gòu)圖（平面的）在Autocad軟件中有較詳細(xì)的表示，只需將Autocad文件作一些簡(jiǎn)單的處理即可在MARC中運(yùn)用?？紤]到結(jié)構(gòu)分析采用三維結(jié)構(gòu)，需要對(duì)閘墩模型作一些拉伸（EXPAND）或拷貝(DUPLICATE)的操作，并結(jié)合結(jié)構(gòu)所用材料有分區(qū)的要求，故在進(jìn)行對(duì)Autocad文件的處理時(shí)，就根據(jù)對(duì)一些線條進(jìn)行了打斷（BREAK）操作，使部分線段或點(diǎn)成為獨(dú)立的線或點(diǎn)。處理后的Autocad文件可存盤成為DXF格式的文件，即可在MARC中進(jìn)行文件傳遞。在MARC中建立分析模型時(shí)，利用了MARC的自動(dòng)網(wǎng)格生成器（AUTOMESH）。步驟如下：先對(duì)曲線（CURVE）布設(shè)種子點(diǎn)（SEED），然后利用ADVANCINGFRONT生成四邊形網(wǎng)格。要注意到一點(diǎn)，本次計(jì)算需要的是八節(jié)點(diǎn)六面體單元，所以在這里要求是四邊形單元，在用ADVANCINGFRONT生成四邊形網(wǎng)格時(shí)區(qū)域邊界的種子點(diǎn)數(shù)應(yīng)為偶數(shù)，否則，有可能出現(xiàn)三角形單元。在進(jìn)行該步驟時(shí)，網(wǎng)格的疏密應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)分析中的需要作出不同的劃分。平面網(wǎng)格劃分完畢后，就可借助MARC的拉伸（EXPAND）或拷貝(DUPLICATE)命令對(duì)平面網(wǎng)格操作，最終形成三維分析模型（見圖2）。該步驟的操作也要結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索的布置、預(yù)應(yīng)力的加載形式進(jìn)行相應(yīng)操作。在該步驟中有一點(diǎn)技巧可用，結(jié)合材料的分區(qū)和拉伸（EXPAND）或拷貝(DUPLICATE)命令，對(duì)單元進(jìn)行分組，每組命名一個(gè)簡(jiǎn)潔易懂的組名，在對(duì)單元選擇及對(duì)單元賦值材料及邊界條件時(shí)，會(huì)簡(jiǎn)化很多的操作，具體方法在本文中不予詳述。圖2:閘墩三維有限元模型在對(duì)較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維分析時(shí)，分組可以給建立模型、材料賦值等操作帶來極大的方便。2.3計(jì)算材料參數(shù)計(jì)算模型中設(shè)計(jì)了四種材料，分別與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的材料分區(qū)相對(duì)應(yīng)。如下表：舒預(yù)應(yīng)力閘墩計(jì)兔算釘--天材料分區(qū)表嶺序號(hào)滋材料名稱炭彈性模量嫩（瓶N/m蠻2午）醬泊松比離容重?fù)?擴(kuò)kg/m換3雜)幸部位輝1侮C40雁3.25狠×程10隸10萍0.167益2500慨牛腿騙+位堰表遣2紀(jì)C35浸3.15爆×聾10超10恐0.167皆2450域閘墩肢3宵C25旁2.80貝×固10勉10凡0.167奧2450搜堰體墓4出ROCK厚7.00薯×熟10剖9剪0.25永2650牽基巖黑2.決4千腎計(jì)算工況至計(jì)算中考慮的和荷載：=1\*GB3歪錯(cuò)誤！未找到傘引用源。好混凝土自重；=2\*GB3父錯(cuò)誤！未找到乒引用源?？h正常蓄水位，巡兩弧門擋水的療支鉸推力島(壁永存噸位立)蘆；=3\*GB3苦錯(cuò)誤！未找到絹引用源。港正常蓄水位，脖一側(cè)弧門擋水湯，另一側(cè)過流朝，此時(shí)單鉸推愿力蝕(屯永存噸位贊)國；=4\*GB3崖錯(cuò)誤！未找到鄉(xiāng)引用源。佛主次錨索控制影張拉預(yù)應(yīng)力荷蘋載；=5\*GB3柿錯(cuò)誤！未找到超引用源。楊主次錨索永存按噸位。（1）施工期窄預(yù)應(yīng)力鋼筋張匠拉完畢，弧門摧擋水前，閘墩陪在張拉預(yù)應(yīng)力檔和結(jié)構(gòu)自重作郊用等下，此時(shí)李預(yù)應(yīng)力荷載按罩控制張拉力考脖慮。寶施工期荷載組漠合：=1\*GB3雕錯(cuò)誤！未找到俯引用源。櫻＋=4\*GB3雅錯(cuò)誤！未找到咬引用源。（2）運(yùn)行期愧正常蓄水位下島，弧門擋水，臣閘墩在弧門推窗力、張拉預(yù)應(yīng)養(yǎng)力和結(jié)構(gòu)自重納等作用下，此畜時(shí)預(yù)應(yīng)力荷載借按永存預(yù)應(yīng)力券考慮。對(duì)中墩丘的分析分為單割側(cè)、雙側(cè)擋水雄兩種情況。泰運(yùn)行期荷載組僵合：呀(豪A)=1\*GB3漿錯(cuò)誤！未找到清引用源。貴＋=2\*GB3坦錯(cuò)誤！未找到爽引用源。趴＋=5\*GB3醒錯(cuò)誤！未找到渣引用源。圓(知B)=1\*GB3雕錯(cuò)誤！未找到圈引用源。徑＋=3\*GB3傻錯(cuò)誤！未找到軟引用源。擊＋=5\*GB3勾錯(cuò)誤！未找到輸引用源。制2.嚇5鉛顆計(jì)算成果分析(1)施工期蜻施工期，在錨映塊和中墩連接傍的頸部產(chǎn)生最澇大壓應(yīng)力，張匆拉端表面也產(chǎn)旨生較大的壓應(yīng)石力；在錨塊孔刻腔內(nèi)因傳力梁茫的作用在錨索勇張拉時(shí)產(chǎn)生拉崖應(yīng)力。應(yīng)力統(tǒng)起計(jì)情況見表由1裙。遷表陷1肅單元節(jié)點(diǎn)最大悅主應(yīng)力擊計(jì)算工況油序號(hào)串單元節(jié)點(diǎn)號(hào)衰量值（捐MPa做）防部位橫施垮工名期訪1蠢6100亭、羞10058涌-1.76膚頸部外側(cè)蜜2西248燥4.7玉錨塊空腔內(nèi)側(cè)欺3雹188董4.7暗錨塊空腔內(nèi)側(cè)路4淺204率-1.5摘錨塊下游側(cè)表陣面謠計(jì)算位移、應(yīng)纏力圖形如下：話施工期閘墩位威移圖脊稼耽艷施工期預(yù)應(yīng)力洞錨塊主應(yīng)力圖畜(明2)嘗運(yùn)行期（雙側(cè)診推力）塔運(yùn)行期，在錨膏塊和中墩連接趟的頸部，即弧押門推力作用點(diǎn)暫附近，產(chǎn)生最辟大拉應(yīng)力，拉古應(yīng)力最高水平爽約為懂1.5Mpa罪；在弧門推力喇作用點(diǎn)附近的隙錨塊局部點(diǎn)產(chǎn)思生約業(yè)5.5Mpa比左右的局部拉疊應(yīng)力；在錨塊豆下游側(cè)牛腿范塘圍內(nèi)產(chǎn)生約永2.7Mpa童左右的拉應(yīng)力塊。故運(yùn)行期（雙側(cè)堡推力），閘墩恩的整體變位均閃小于止2mm樂；變位最大的布地方在錨塊下特右側(cè)約須2mm庫。應(yīng)力統(tǒng)計(jì)情滑況見表張2輔。打表販2翼單元節(jié)點(diǎn)最大妹主應(yīng)力更計(jì)算工況阻序號(hào)囑單元節(jié)點(diǎn)號(hào)獄量值（安MPa毀）以部位駛運(yùn)諒行生期跨1買6082叨、延10040慌1.5般頸部外側(cè)共2霜6081奶、棗10039荷1.3匹頸部外側(cè)苗3菌12489分、寇19595孫2.6膠錨塊下游側(cè)僑4慈19284殺、遍19960士5.5級(jí)弧門推力作用牛點(diǎn)餅計(jì)算位移、應(yīng)屆力圖形如下：造閘墩承受雙側(cè)培推力時(shí)位移圖商嚼參閘墩承受雙側(cè)舊推力時(shí)錨塊主剖應(yīng)力圖胸(架3)匪運(yùn)行期（單側(cè)住推力）顧當(dāng)閘墩承受單犯?jìng)?cè)推力時(shí)，閘妙墩產(chǎn)生側(cè)向扭免轉(zhuǎn)，在錨塊附職近發(fā)生最大變完位，錨塊與中細(xì)墩連接頸部出慈現(xiàn)不對(duì)稱的拉悉應(yīng)力和壓應(yīng)力室。在推力側(cè)，旦頸部出現(xiàn)約免2.9Mpa餅左右的拉應(yīng)力幻，在過水側(cè)連訪接頸部出現(xiàn)約混1.5Mpa墊左右的壓應(yīng)力懶。推力側(cè)的推墨力作用點(diǎn)附近詞錨塊上產(chǎn)生的館局部拉應(yīng)力最挨大約系5.5Mpa類。在錨塊下游差側(cè)牛腿范圍產(chǎn)蜂生孤3.0Mpa送左右的拉應(yīng)力磨。折承受單側(cè)推力菊作用時(shí)，牛腿卸的變位兩側(cè)不丘對(duì)稱。閘墩順耐水流向的整體謹(jǐn)變位約挽1.7mm忽；橫向變位不占對(duì)稱，但均小掃于沫4mm宣。應(yīng)力統(tǒng)計(jì)情食況見表頃3糧。帳表鞠3句單元節(jié)點(diǎn)最大掀主應(yīng)力齡計(jì)算工況兩序號(hào)嬸單元節(jié)點(diǎn)號(hào)桌量值（鑰MPa招）題部位狂施爪工發(fā)期塞1勒6082袍2.9譜推力側(cè)頸部員2惕6081玉2.5拿推力側(cè)頸部擾3范10054紀(jì)-1.1餐過水側(cè)頸部巡4割10053俗-1.2責(zé)過水側(cè)頸部練5需12489闊、認(rèn)12509凝2.7休錨塊下游側(cè)氏6周11982糊、蠢12002牧3.0弓錨塊下游側(cè)躬計(jì)算位移、應(yīng)竊力圖形如下：叢閘墩承受單側(cè)叮推力時(shí)位移圖殿尸鑰閘墩承受單側(cè)覆推力時(shí)錨塊過樂流側(cè)主應(yīng)力圖崗閘墩承受單側(cè)安推力時(shí)錨塊推匠力側(cè)主應(yīng)力圖憤3鞠劉預(yù)應(yīng)力閘墩分坑析結(jié)論嬌(勾1)泛施工期，閘墩破主要承受主次鉆錨索控制張拉走應(yīng)力，計(jì)算結(jié)約果中主壓應(yīng)力豆水平不高，但荒因錨索采用傳笑力梁結(jié)構(gòu)，在物傳力梁受拉側(cè)漏產(chǎn)生拉應(yīng)力。屑目前階段，傳矛力梁的厚度為俯1.5m什，若增大傳力政梁的厚度，拉荒應(yīng)力水平會(huì)降櫻低；慧(浸2)杜當(dāng)閘門承受雙余側(cè)推力時(shí)，閘搞墩與錨塊連接須頸部出現(xiàn)拉應(yīng)摧力，拉應(yīng)力水里平不高，在牛酒腿局部產(chǎn)生約肢5Mpa秀的局部拉應(yīng)力戴，在弧門推力僅作用點(diǎn)附近。俘當(dāng)閘門承受雙類側(cè)推力時(shí)，閘習(xí)墩的變位水平昌不高，小于蛙2mm??；牛(廣3)徐當(dāng)閘門承受單兆側(cè)推力時(shí)，閘熟墩產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，眠順?biāo)飨虻淖儫捨贿_(dá)約錯(cuò)2mm跟，橫向變位不誼對(duì)稱，小于統(tǒng)2mm暖，兩側(cè)（推力徒側(cè)與過流側(cè)）乓變位的不均勻飄值在限1mm餓以內(nèi)。匯糯扎渡水電站舟溢洪道預(yù)應(yīng)力道閘墩設(shè)置形式僻參照了南盤江曲天生橋一級(jí)水癢電站的成功經(jīng)剖驗(yàn)，不同之處馬在于，閘墩承朽受的弧門推力詢大于天生橋一廁級(jí)水電站，閘熄墩厚度減小了佩0.5m聰。根據(jù)結(jié)構(gòu)分到析結(jié)果，糯扎湊渡溢洪道預(yù)應(yīng)宮力閘墩錨索的供設(shè)置是合理的敏，主次錨索的娃控制張拉力及寶有效張拉力（存永存張拉力）恐的選取也在鋼室絞線強(qiáng)度設(shè)計(jì)榴允許范圍之內(nèi)駝，且已有成功較的工程經(jīng)驗(yàn)。適糯扎渡水電站泛溢洪道預(yù)應(yīng)力軋閘墩的設(shè)計(jì)是探可行的，具有硬一定的先進(jìn)性猜。