桩基梁式多侧墙预应力渡槽基于体系可靠度的优化设计
渡槽是在渠道跨跃山谷、河流、道路(低于渠道)或与另一相交渠道时,采用的一种架空输水建筑物,有着悠久的发展历史,国内外设计施工技术较为成熟。但随着我国跨流域调水工程的兴建,大型、超大型渡槽展现出广阔的应用前景,渡槽的结构型式和三维尺度均发生了前所未有的变化。 与以往输水灌区上的渡槽相比,近年来我国南水北调工程中的渡槽,为了满足大跨度、大流量输水需要,表现出槽身宽、高、跨三维尺度空前巨大。由此导致了其迥然不同的结构特征:一是结构型式新颖独特(如槽身断面有多侧墙式、多纵梁式、矩形空腹梁式等等);二是巨大槽身的横向挠曲和侧向抗风稳定等成为不可忽视的问题,以往的设计理论变得滞后和不相适宜;三是:巨大槽身多采用三维预应力结构提高其承载能力,软基上承受渡槽巨大水荷载时多采用桩基承载系统。上述变化使得新型渡槽在设计、施工、运行管理等方面均面临诸多新问题。 目前工程设计主要采用的是单一构件的安全系数法,即将结构体系分解为诸多单一构件,分别按确定性的安全系数准则设计,保证单一构件的安全性。这将使所设计的结构与其实际情况在如下方面不相吻合: (1)工程运行时实际上是以整个结构体系面对外界作用,遭遇偶然作用(如洪水、地震等)时更是如此,而单一构件安全,不能保证整个结构体系安全,提高构件的承载力,不一定能够提高整个体系的承载力。 (2)结构在设计、施工、运行期间将受到诸多不确定因素的影响(如荷载的变异、材料性能的变异、工作条件的变异等等),尤其是渡槽新型式、新技术、新方法的首次使用更是如此,而在安全系数法设计中,无法考虑上述不确定因素的影响。 鉴于上述,本文针对南水北调工程中多用的桩基梁式多侧墙预应力渡槽,开展了如下方面的研究: (1)对大宽跨比的槽身结构,进行了变形相容条件下的纵横向分载研究,得到了水荷载在纵横梁间的分配比率; (2)利用分载结果,同时将影响结构体系安全的因素处理为随机变量,开展了基于体系可靠度的渡槽结构优化研究,所得优化结果在降低建造费用的前提下,提高了体系的可靠度及各构件(以主要失效模式代表)间可靠度水平的一致性; (3)对渡槽结构体系分为“槽身+槽墩”及“承台+桩基”两大模块,进行ansys三维有限元建模,对优化前后的渡槽结构体系进行了结构静力分析研究,证实了渡槽优化结果的合理性和实用性。 本文方法对此类工程设计理论与方法的完善及工程运行实践,能够提供有价值参考。
桩基梁式多侧墙;预应力渡槽;可靠度;优化设计
河北工程大学
硕士
水工结构工程
马文英
2012
中文
TV672.3;TV222
65
2012-12-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）