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斜拉式大型渡槽槽身优化设计研究

傅志敏  
【摘要】: 随着我国对基础设施的大力投入、城市供水事业的发展以及南水北调工程的启动,渡槽已成为了这些生命线工程的重要组成部分。本文对斜拉式大型渡槽的结构受力及槽身优化问题进行了较为深入的研究和讨论,得出了一些有意义的结论。其主要内容包括以下几个方面: 1、对斜拉式渡槽的构造、特点进行了阐述,在此基础上,对斜拉渡槽结构计算进行分析。为便于计算,在计算斜拉渡槽的内力及变形时,将空间结构简化为平面结构,分别对槽身横断面及槽身纵向结陶进行计算:以力矩分配法为基础推导了槽身横断面内力的计算公式;运用直接刚度法,编制了杆系有限元程序进行槽身纵向结构计算,并简单介绍与斜拉渡槽相关的刚度法知识以及程序的流程图。 2、论述了结构优化设计的基本原理。根据斜拉式渡槽优化设计的特点,本文将槽身优化分为索力优化、槽身横断面优化以及槽身纵断面优化三个方面进行优化设计,确定斜拉索预应力、槽身断面尺寸、槽身横向及纵向预应力钢铰线配筋数量等槽身设计的主要变量。本文优化方法采用复形优化方法,并分别编制了三部分优化设计的计算程序。 3、利用黄委会设计院提供的穿黄渡槽数据,建立计算模型。通过对该算例的计算,得到应力、位移、造价等计算结果,并对其进行详细分析。与原来拟采用的顶应力混凝土简支薄腹梁式渡槽方案的造价进行比较,得出了一些有价值的结论。 4、为提高设计计算的效率,利用VBA开发了相应的有限元图形处理软件,该软件实现了FORTRAN程序与AutoCAD的连接,利用杆系有限元程序计算得到的结果,自动绘制出内力图(包括弯矩、轴力和剪力)以及结构的变形图,图形的自动形成使得计算成果的分析工作简洁、方便。


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