基于ABAQUS的小U形渠道混凝土衬砌结构抗冻胀数值模拟研究

发布时间：2022-01-01 02:19

　　我国北方尤其是高寒地区,由于负温的作用,渠道基土冻胀,混凝土衬砌工程冻胀破坏现象经常发生,直接影响到农田灌溉渠道的正常运用。所以,需要解决混凝土衬砌渠道冻胀破坏严重问题。本文结合弹性力学、冻土物理学等相关知识,主要针对宁夏引黄灌区小U形渠道混凝土衬砌结构进行抗冻胀模拟分析,研究工作与研究成果如下:（1）分析了整体式、两拼式和三拼式小U形混凝土衬砌渠道的冻胀破坏特征。其中在抗冻胀性能方面,整体式U形结构最好,两拼式U形结构次之,三拼式U形结构最差;在整体性能方面,整体式U形结构最好,两拼式U形结构次之,三拼式U形结构最差;根据原型观测试验,表明三拼式小U形渠道的刚性接缝是受力薄弱位置。（2）以小U形混凝土衬砌渠道为研究对象,应用软件ABAQUS,建立了整体式小U形渠道混凝土衬砌结构冻胀数值模型,通过算例验证了数值模型的合理性。（3）考虑了渠基冻土与整体式小U形混凝土衬砌板之间的相互作用,建立了更符合实际的法向接触模型和切向接触模型。计算结果表明,与未考虑接触的模拟结果相对比,衬砌板的冻胀位移减小了 5%～15%,衬砌板的法向冻胀力减小了 30%～50%,衬砌板的切向冻结力减小了 40%～... 

【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２－６三拼式小Ｕ形渠道底部发生断裂??Ｆｉｇ．?２－６?Ｂｒｅａｋａｇｅ?ａｔ?ｔｈｅ?ｂｏｔｔｏｍ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ?ｓｍａｌｌ?Ｕ－ｓｈａｐｅｄ?ｃａｎａｌｓ??

图４－１冻土组构坐标示意图Ｍ??Ｆｉｇ．?４－１?Ｐｅｒｍａｆｒｏｓｔ?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ??图４－１表示冻土的组成构造，其中Ｘ、７、２轴为弹性主应力方向，吵面为各向同性??的冻结面，Ｚ轴为温度梯度方向，且垂直于冻结面。根据复合材料力学理论，横观各向同性??材料的本构方程如下所示［ｓａ：??｛〇■｝?＝［Ｇ］｛＾｝?￣｛Ｐ）?Ｔ?（４－２）??式（４－２）中：ｒ为温度，■［＃为应变矩阵，■［ｃｒ｝为应力矩阵，｛ｇ｝为刚度矩阵。具体表示如??下：??２３??

４．２．１原型渠道基本情况??原型观测试验地点为宁夏青铜峡市邵刚镇沙湖村灌区，其中整体式Ｕ形农渠横断面如??图４－２。其中渠顶开口为０．７８２ｍ，距离渠基土层边缘０．０８ｍ，渠深０．６ｍ，渠底圆弧段半径??０．３ｍ，圆心角１３６°?，竖直倾角２２°?，纵向长度０．４ｍ，纵比降为１／４０００。渠道为东西走向，??渠基土壤为沙壤土，自然含水率７．?８％？９．?７％，地下水埋深在２．０ｍ左右。采用强度等级为Ｃ２０??的混凝土衬砌板，板厚５０ｍｍ。据多年气象资料，该地区年平均气温９°Ｃ，?一般年最冷时段为??１２月？次年１月，极值负温－１５°Ｃ？－１０°Ｃ，最大冻深７０ｃｍ左右。经过２０１７年冬季的冻融??循环期原型观测，得到冻胀基本资料见表４－１。??风??ＺＳ２??尸ｒｙ??ａ??图４－２沙湖村整体式小Ｕ形农渠横断面图（单位：ｍｍ）??Ｆｉｇ．?４－２?Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｉｎｔｅｇｒａｌ?Ｕ－ｓｈａｐｅｄ?ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ?ｃａｎａｌ?ｉｎ?Ｓｈａｈｕ?Ｖｉｌｌａｇｅ?（Ｕｎｉｔ：?ｍｍ）??表４－１沙湖村农渠冻胀基本资料??Ｔａｂ．?４－１?Ｂａｓｉｃ?ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｏｎ?ｆｒｏｓｔ?ｈｅａｖｅ?ｉｎ?ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ?ｃａｎａｌｓ?ｉｎ?Ｓｈａｈｕ?Ｖｉｌｌａｇｅ??＿?，?最低温度?最大冻深?最大冻胀量?冻胀率??渠床土质?部位?，、?

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
[1]小型U形渠道混凝土衬砌冻胀破坏力学模型的研究[D]. 李翠玲.宁夏大学 2014
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本文编号：3561459