倒虹吸南水北調(diào)

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1、南水北調(diào)中線工程淇河倒虹吸平面光彈模型試驗王燦（河南省水利勘測設(shè)計院，河南鄭州450008）摘要：介紹淇河倒虹平面光彈模型的模型設(shè)計及模擬河道有水、管內(nèi)無水工況進(jìn)行加載試驗，并將試驗結(jié)果與結(jié)構(gòu)力學(xué)和二維有限元結(jié)果進(jìn)行比較分析。通過試驗說明，對于多跨大型框架結(jié)構(gòu)，采用平面有限元進(jìn)行計算較為合理。關(guān)鍵詞：平面光彈模型試驗；模型設(shè)計；邊界條件；二維有限元中圖分類號：TV32文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1672-1683（2004）05-0017-03InvertedSiphonPlanePhotoelasti

2、cModelTestofQiheRiverinSouth-to-NorthWaterTransferProjectWANGCan(HenanProspecting&DesigningInstituteofWaterConservancy,Zhengzhou450008,China)Abstract:ThearticleisbrieflyintroducedtheplanephotoelasticmodelofQiheriverinvertedsiphonandthetestwithloadonsim

3、ulationofwaterinrivercourseandwithoutwaterinpipe,comparingandanalyzingtheresultswithstructuralmechanicsandtwo-dimensionalfiniteelementresults.Illustratingthatastothismulti-spanlargeframestructure,itisrelativelyrighttoadoptplanefiniteelementforcalculati

4、on.Keywords:theplanephotoelasticmodelexperiment；Analysismethod；finiteelement1概述南水北調(diào)中線工程為一等工程，倒虹為1級建筑物，對結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算要求很高，因此需要進(jìn)行物理模型試驗，進(jìn)一步明確倒虹結(jié)構(gòu)管道的應(yīng)力狀態(tài)，使設(shè)計和計算更為合理。河南省水利勘測設(shè)計院曾與原鄭州工業(yè)大學(xué)合作進(jìn)行了淇河倒虹吸光彈模型試驗，現(xiàn)僅簡介平面光彈模型試驗。平面光彈模型試驗的主要目的是：模擬河道有水、管道無水情況進(jìn)行加載試驗，并將試驗結(jié)果與結(jié)構(gòu)力學(xué)和

5、二維有限元結(jié)果進(jìn)行比較分析。2淇河倒虹工程概況：淇河倒虹吸為特大型工程,倒虹管身斷面為6孔,每孔斷面為6x6m,以三孔為一聯(lián)分成兩聯(lián)，順?biāo)鞣较蛎抗?jié)管長為15m。管身材料為鋼筋混凝土，混凝土標(biāo)號43為c30，彈性模量為3.0x10MPa,泊松比為0.167,容重為25kN/m；地基為粘土巖，彈性模量330為30MPa,泊松比為0.3,浮容重為10kN/m，飽和容重為20kN/m，土的內(nèi)摩擦角為20。倒收稿日期：2004-03-15作者簡介：王燦（1966-），男，河南省水利勘測設(shè)計院高級工程師，主要

6、從事水利工程設(shè)計，完成南水北調(diào)中線工程玉帶渠交叉渠倒虹吸的初設(shè)工作。1虹吸管管身修建時采用先開挖，修建完成后回填土，管頂填土厚度為2.6m，考慮到倒虹結(jié)構(gòu)本身為對稱結(jié)構(gòu)，地基比較均一，承受的荷載基本也是對稱，因此取一聯(lián)計算。2模型設(shè)計倒虹結(jié)構(gòu)管道模型采用環(huán)氧樹脂材料，模型的邊界條件與數(shù)學(xué)模型采用相同的邊界條件，即取對稱軸為邊界條件按一聯(lián)考慮。2.1模型比尺平面光彈模型是在室溫條件下進(jìn)行試驗，試驗?zāi)Ｐ偷某叽?，主要由加力架尺寸和杠桿加力系統(tǒng)來決定的，經(jīng)過比較，決定平面光彈模型比尺為1：125.模型尺寸如

7、圖1示。圖1單位:mm圖1倒虹結(jié)構(gòu)管道模型2.2地基模型材料選擇對于光彈模型試驗，為了保持其應(yīng)力狀態(tài)與原型一致，要求倒虹結(jié)構(gòu)模型與地基的彈模4比與原型倒虹結(jié)構(gòu)與地基的彈模比一致。原型倒虹結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，其彈性模量E1=3.0x10MPa，地基為粘土巖，其彈性模量E2=30MPa，則E1/E2=1000。對于平面光彈模型，試驗是在3室溫條件下進(jìn)行的，倒虹結(jié)構(gòu)材料為環(huán)氧樹脂，其室溫彈性模量E1=3.4x10MPa，模型地基材料選用彈性橡膠，其彈性模量E2=3.7MPa，則E1/E2=919≈1000，

8、能夠滿足試驗要求。2.3模型的邊界條件為了充分保證地基對結(jié)構(gòu)的影響，地基深度為模型高度的1.5倍，左邊地基長度為模型長度的1.5倍。在倒虹結(jié)構(gòu)計算中取一聯(lián)計算，其地基邊界條件為，倒虹結(jié)構(gòu)右邊為對稱面，地基不產(chǎn)生側(cè)向位移，但可以產(chǎn)生垂直位移；而倒虹結(jié)構(gòu)左邊地基長度為1.5倍的倒虹結(jié)構(gòu)長，可以認(rèn)為增載引起的應(yīng)力趨于0；而地基深度為1.5倍的倒虹結(jié)構(gòu)高度，可以認(rèn)為該處的水平變位和垂直邊位均為0。為了達(dá)到上述的邊界要求，在地基模型左側(cè)和底部采用厚木板強(qiáng)制約束，并將地基模型的左