预应力混凝土渡槽温度影响及设计研究

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1、第29卷第1期长江科学院院报V01．29No．12012年1月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteJan．20I2文章编号：1001—5485(2012)O1—0044—05预应力混凝土渡槽温度影响及设计研究李晓克。张晓燕。张学朋。赵顺波(华北水利水电学院，郑州450011)摘要：结合南水北调中线工程左岸排水预应力混凝土渡槽结构设计，针对渡槽太阳暴晒温差变化剧烈、长年处于无水状态、洪水期过流历时短且流量变化大等特点，提出了左岸排水预应力混凝土渡槽结构的设计思路。同时根据三维有限元数值模拟计算结果，对比分析各荷载工况下渡槽的受力

2、分布规律，进一步明确了温度效应已成为排水渡槽结构设计中不可忽略的重要因素之一，验证了渡槽设计思路的合理性、有效性。研究成果对同类结构的设计与施工具有重要的工程参考价值。关键词：左岸排水；渡槽设计；预应力混凝土；温度中图分类号：TV674．222文献标志码：A南水北调中线工程沿线跨越众多河流与沟渠，200年一遇洪水校核。某左岸排水矩形预应力混凝为解决主干渠左岸排水问题，设计了大量的排水渡土渡槽主跨20in，一端铰接、一段滚轴支撑约束，结槽、涵洞等水工建筑物，预应力排水渡槽是其中主要构建筑物级别I级，结构安全等级I级，50年一遇的输水结构形式之一l】J。鉴于北方地区四季降水设计洪水位3．9

3、5m，200年一遇校核洪水位4．25m，差异显著、河流枯水期较长，左岸排水渡槽将长年处槽身裂缝控制等级为一般要求不出现裂缝的构件，于无水状态，洪水期过流历时短且流量变化大，有别混凝土强度等级C50，预应力钢筋采用1860级高强于长期稳态输水的普通渡槽；夏季遭受高温和太阳低松弛钢绞线，张拉控制应力or⋯=0．7(为暴晒，排水渡槽向阳面和背阳面温差巨大，引起的温钢绞线强度标准值)，渡槽具体结构尺寸如图1所度应力将严重影响干涸状态下排水渡槽的正常使用示，横梁高0．6in、宽0．3m、相邻横梁间距2．3m。性能，局部甚至会产生过大的温度裂缝，这是左岸排水渡槽特有运营环境决定的。左岸排水渡槽在设

4、计时既要考虑其作为预应力渡槽的一般性，又要充分考虑排水渡槽的特殊性。现结合南水北调中线左岸排水工程矩形预应力混凝土渡槽的设计，对其设计思路进行探讨和分析，开展三维有限元数值模拟，明确预应力排水渡槽结构的设计特点，为今后左岸排水预应力渡槽的合理设计与施工提供坚实的理论依据。图1渡槽横截面尺寸图Fig．1Crosssectionofthedrainageaqueduct1基本参数南水北调中线左岸排水渡槽，设计过水能力小2设计思路至十几个流量、大到接近200个流量；渡槽槽身以多侧墙或多纵梁预应力混凝土结构为主，断面形式为左岸排水预应力混凝土渡槽承受的荷载主要有矩形，槽数从1槽到5槽不等，槽身

5、总长度从24in渡槽自重、水重水压力和温度效应等。结构长期处到125m不等；排水能力为5O年一遇洪水设计和于无水即空槽状态，无论是50年一遇的设计洪水，收稿日期：2010—11—18基金项目：河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目(2006090)作者简介：李晓克(1975一)，男，河南许昌人，副教授，博士，主要从事预应力砼结构理论研究，(电话)13783638581(电子信箱)lixk@ncwuedu．c／1。第1期李晓克等预应力混凝土渡槽温度影响及设计研究45还是200年一遇的校核洪水，过水是短期的、临时考虑到该矩形预应力混凝土渡槽采用单向预应的。荷载效应长期组合为自重和预应力的组

6、合，与力，对渡槽混凝土纵向应力可按上述原则①一③进行一般输水渡槽相异(表1)。荷载效应长期组合的差控制，对渡槽竖墙混凝土的竖向应力、底板和横梁混异导致渡槽结构应力分布和预应力钢筋配置差异。凝土的横向应力则需进行限裂验算。抗裂验算时，结表1预应力排水渡槽和输水渡槽荷载组合对比表构构件受拉边缘的拉应力不应超过以混凝土拉应力Table1Comparisonofloadcombinationsofprestressed限制系数控制的应力值，对荷载效应的标准组合，drainageaqueductandwaterdeliveryaqueduct取为0．85。由于预应力排水渡槽的主要作用是排泄洪水，

7、水流携带泥沙对槽身混凝土有磨损，排水渡槽底板厚度、特别是保护层厚度不应取值过薄，本渡槽底板厚度取40omm。3设计方法3．1内力计算排水渡槽采用结构力学方法按平面问题分纵向、环境温度变化将引起排水渡槽整体温度场的不横向单独进行内力计算。横向计算时，横梁支承在侧均匀分布，尤其夏季遭受高温和太阳暴晒时，渡槽内墙上，横断面为加肋多支座矩形框架；侧墙按一端自部各点温度变化更为复杂。结构温度改变将引起复由、一端固结的T型梁计算，用三边固结、一边自由的杂的