南水北調(diào)中線工程泲河渡槽三維有限元分析

鄭重陽，彭 輝，任德記

（三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌 443002）

南水北調(diào)大型渡槽流量大、跨度大等特點(diǎn)，對(duì)渡槽的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。結(jié)合南水北調(diào)泲河渡槽的工程實(shí)例，運(yùn)用三維有限單元法對(duì)該渡槽的受力性能進(jìn)行模擬，同時(shí)重點(diǎn)考慮預(yù)應(yīng)力和溫度荷載的影響，研究了渡槽槽身各部位控制斷面的應(yīng)力、變形分布規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明：槽身截面設(shè)計(jì)和預(yù)應(yīng)力筋布置方案合理，應(yīng)力和位移均在允許范圍內(nèi)，滿足抗裂和撓度要求。

南水北調(diào)；大型渡槽；預(yù)應(yīng)力配筋；有限元法；熱－應(yīng)力耦合

1 工程概況

泲河渡槽位于河北省高邑縣境內(nèi)的泲河上，它是南水北調(diào)中線工程總干渠上的一座大型交叉輸水建筑物。該渡槽總軸線長(zhǎng)440 m，為1級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇，設(shè)計(jì)流量為220 m3／s，加大流量為240 m3／s。渡槽槽身段總長(zhǎng)240 m，每跨長(zhǎng)30 m，共8跨，槽身橫斷面為三槽一聯(lián)多側(cè)墻矩形槽，采用三向預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。單槽橫斷面尺寸為7.0 m× 6.6 m，底板厚0.4 m，邊墻和中墻厚度均為0.6 m，中墻和邊墻頂部都設(shè)有人行道板，寬分別為2.6 m和1.8 m；為了抵抗冰壓力，墻頂設(shè)有拉桿，拉桿橫截面尺寸為0.3 m×0.4 m，拉桿間距為2.7 m；槽底設(shè)縱梁，高1.8 m，端部加高到2.3 m，邊縱梁和中縱梁寬分別為1.0 m和1.1 m，端部分別加寬至1.2 m和1.3 m。

渡槽槽身橫向和縱向的預(yù)應(yīng)力筋采用鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力筋采用螺紋鋼。預(yù)應(yīng)力筋的型號(hào)分別采用1860級(jí)鋼鉸線和Ф32PSB930型精軋螺紋鋼。在豎向上，中墻和邊墻預(yù)應(yīng)力筋沿中心線兩側(cè)均勻布置，中墻鋼筋間距為50 cm，邊墻內(nèi)、外側(cè)鋼筋間距分別為40，60 cm，保護(hù)層厚度均為12 cm。在縱向上，大梁底部共配有24束鋼絞線，其中兩中梁各7束，兩邊梁各5束；梁頂部共配10束鋼絞線，其中兩中梁各2束，兩邊梁各3束；中縱梁和邊縱梁各配3束曲線鋼絞線；槽底板配有24束鋼絞線。在橫向上，底板布置了24束鋼絞線，渡槽底肋采用波浪形鋼絞線。

2 有限元計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)

2.1 熱分析基本原理

有限元熱分析計(jì)算的基本原理是將分析的對(duì)象劃分成有限個(gè)單元，每個(gè)單元包含若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，再根據(jù)能量守恒定律求解一定初始條件和邊界條件下各個(gè)節(jié)點(diǎn)處的熱平衡方程，據(jù)此計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)的溫度值，進(jìn)而求出其他相關(guān)量［1］。

如果系統(tǒng)的凈熱率為0，即流入系統(tǒng)的熱量加上系統(tǒng)自身產(chǎn)生的熱量等于流出系統(tǒng)的熱量，則系統(tǒng)處于熱穩(wěn)態(tài)。即熱穩(wěn)態(tài)的條件為

穩(wěn)態(tài)熱分析中任一點(diǎn)的溫度都不隨時(shí)間變化［2］。穩(wěn)態(tài)熱分析的能量平衡方程為（以矩陣形式表示）

式中：［K］為傳導(dǎo)矩陣，包含導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流系數(shù)、輻射和形狀系數(shù)；［T］為節(jié)點(diǎn)溫度向量；［Q］為節(jié)點(diǎn)熱流率向量，包含熱生成。

在ANSYS中可利用模型幾何參數(shù)、材料熱性能參數(shù)以及所施加的邊界條件，生成［K］，［T］，［Q］。運(yùn)用有限元軟件ANSYS進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析可以確定由穩(wěn)定的熱載荷所引起的溫度、熱梯度、熱流率和熱流密度等參數(shù)［1］。

2.2 熱－應(yīng)力耦合分析

耦合場(chǎng)分析是指在有限元分析的過程中考慮了2種或多種物理場(chǎng)的交叉作用和相互影響［3］。有限元軟件ANSYS提供了2種分析耦合場(chǎng)的方法，即直接耦合法和順序耦合法。直接耦合法是通過計(jì)算包含所有必須項(xiàng)的單元矩陣或單元載荷向量來實(shí)現(xiàn)的，只通過一次求解就能求出耦合場(chǎng)分析結(jié)果。直接耦合法在解決具有高度非線性的耦合場(chǎng)相互作用時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。順序耦合法是按照順序進(jìn)行2次或更多次的相關(guān)場(chǎng)分析，它是把第1次分析的結(jié)果作為第2次場(chǎng)分析的荷載來實(shí)現(xiàn)2種場(chǎng)的耦合的［1］。由于可以獨(dú)立地進(jìn)行2種場(chǎng)的分析，因此對(duì)于不存在高度非線性作用的情形，順序耦合法更為有效和方便。

本文的熱－應(yīng)力耦合分析采用的就是順序耦合法，先對(duì)渡槽進(jìn)行熱分析，然后將得到的節(jié)點(diǎn)溫度作為“體力”荷載施加在后續(xù)的應(yīng)力分析中，以實(shí)現(xiàn)耦合。

3 渡槽槽身三維有限元分析

3.1 計(jì)算假定及設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1.1 結(jié)構(gòu)假定

沿x方向，渡槽橫向視作三跨連續(xù)梁，正視圖中向右為正；沿y方向，渡槽鉛直方向視作懸臂梁，以向上為正；沿z方向，渡槽順?biāo)鞣较蛞曌骱?jiǎn)支梁，以向跨內(nèi)為正。

3.1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）混凝土：該大型預(yù)應(yīng)力渡槽槽身混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C50，根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL／T5057—2009），結(jié)構(gòu)計(jì)算的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下。軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取fc＝23.1 MPa，軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft＝1.89 MPa，軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck＝32.4 MPa，軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk＝2.64 MPa；彈性模量取Ec＝3.45×104N／mm2，泊松比取ν＝0.167；混凝土溫度線膨脹系數(shù)取8×10－6／℃，對(duì)流系數(shù)取53 kJ／（m2·h·℃），導(dǎo)熱系數(shù)10 kJ／（m·h·℃）。

（2）1860級(jí)鋼鉸線：縱向和橫向預(yù)應(yīng)力筋采用鋼鉸線Φ15.2，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取fc＝1 860 N／mm2，彈性模量Ec＝1.8×105N／mm2，泊松比ν＝0.30，初始應(yīng)變?chǔ)舠＝0.007 233，密度ρ＝7 850 kg／m3。

（3）Φ32精軋螺紋鋼：豎向預(yù)應(yīng)力筋采用Φ32精軋螺紋鋼，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取fc＝930 N／mm2，彈性模量Ec＝2.0×105N／mm2，泊松比ν＝0.30，初始應(yīng)變?chǔ)舠＝0.003 255，密度ρ＝7 850 kg／m3。

3.1.3 各工況荷載組合

在泲河渡槽結(jié)構(gòu)分析中，主要考慮自重、水荷載、人群荷載、風(fēng)荷載、靜冰壓力、預(yù)應(yīng)力和溫度荷載，其組合工況見表1［4－5］。根據(jù)工程資料和設(shè)計(jì)情況，考慮分項(xiàng)系數(shù)后取值如下。

（1）自重：取C50混凝土重度γ＝25.0 kN／m3，作為慣性荷載來施加。

（2）水荷載：根據(jù)設(shè)計(jì)水深5.63 m，加大水深為6.04 m，平槽水深為6.60 m，水的重度取γ＝11.0 kN／m3，分別計(jì)算靜水壓力，作為表面力施加于槽身的內(nèi)表面。

（3）風(fēng)壓力：迎風(fēng)面按1.95 kN／m3，背風(fēng)面－0.975 kN／m3，作用在槽身側(cè)面。

（4）靜冰壓力：冰層厚度取200 mm，按56.7 kN／m考慮，作用在冰面以下1／3冰厚處。

（5）溫度荷載：在施加溫度荷載時(shí)，只需讀入相應(yīng)的熱分析結(jié)果即可。

（6）人群荷載：按4.3 kN／m2考慮，作為表面力作用于人行道板上。

（7）預(yù)應(yīng)力：采用賦初始應(yīng)變的方法施加。

表1 各種工況荷載組合Table 1 Load com binations in various engineering conditions

3.1.4 邊界條件與初始條件

為了使每一節(jié)點(diǎn)的熱平衡方程具有唯一解，需要附加一定的邊界條件和初始條件［6］。

初始條件：根據(jù)工程設(shè)計(jì)資料，夏季，渡槽混凝土的初始溫度取28℃；冬季，渡槽混凝土的初始溫度取1℃。將其施加在所有節(jié)點(diǎn)上。

溫度邊界：渡槽運(yùn)行期有水邊界和空氣邊界。對(duì)于槽內(nèi)流動(dòng)的水體，可把水體溫度賦給與水接觸的槽體節(jié)點(diǎn)上［1］，即按第一類邊界條件來處理。由于渡槽的頂部、邊墻、底板受太陽輻射影響各不相同，因此，結(jié)合實(shí)測(cè)資料，夏季輸水，槽內(nèi)水溫和氣溫分別取28℃，37℃，渡槽朝陽面?zhèn)韧獗诤屠瓧U溫度按41℃計(jì)，背陽面?zhèn)韧獗跍囟热?5℃；冬季輸水，渡槽外壁溫度根據(jù)本地區(qū)多年最低月平均氣溫確定為－7.5℃。

3.2 有限元模型的建立

槽身采用八節(jié)點(diǎn)六面體實(shí)體單元模擬，預(yù)應(yīng)力筋（包括鋼絞線）采用桿單元模擬［7］。混凝土和預(yù)應(yīng)力筋（鋼絞線）分別采用SOLID45和LINK8模擬，在熱分析時(shí)相應(yīng)轉(zhuǎn)化為SOLID70和LINK33單元模擬［8］。實(shí)體模型剖分采用映射網(wǎng)格方法，混凝土共劃分單元128 672個(gè)，預(yù)應(yīng)力鋼筋（鋼絞線）共劃分單元25 920個(gè)。渡槽所劃分的網(wǎng)格經(jīng)過StruErrEnrg SERR和Strs deviat SDSG兩種方式檢驗(yàn)，滿足誤差要求。槽身的有限元模型分網(wǎng)圖見圖1、圖2。

圖1 槽身網(wǎng)格圖Fig.1 M eshes of the aqueduct body

圖2 預(yù)應(yīng)力鋼筋分網(wǎng)圖Fig.2 M eshes of prestressed reinforcement

3.3 穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)計(jì)算分析

根據(jù)詳細(xì)的氣象觀測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，泲河渡槽所在的河北省高邑縣氣候特點(diǎn)：春秋季節(jié)較短，冬季較長(zhǎng)且氣溫寒冷，夏季氣溫比較高，該地區(qū)氣溫的年變化幅度和日變化幅度都大。年均降雨量約500 mm，年均降雨時(shí)間為69.4 d，年均氣溫為12.7℃，6月份出現(xiàn)年最高氣溫是42℃，1月份出現(xiàn)年最低氣溫是－23.1℃。由于溫度荷載對(duì)渡槽應(yīng)力的影響不能忽略，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算之前需先進(jìn)行穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的計(jì)算，以得到槽身的溫度分布情況，再在后續(xù)的計(jì)算中以節(jié)點(diǎn)溫度作為短期荷載來施加［9］。溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果云圖見圖3。

從圖3（a）可以看出：夏季，渡槽溫度場(chǎng)高溫區(qū)分布在邊墻向陽面、人行道板和上部拉桿上，其最高溫度為41℃；低溫區(qū)主要分布在底板和中間隔墻上，其最低溫度為28℃；邊墻的溫度梯度大。

從圖3（b）可以看出：冬季，渡槽溫度場(chǎng)高溫區(qū)主要分布在底板及中間隔墻上，最高溫度為1℃；而低溫區(qū)位于邊墻外側(cè)和底梁上，最低溫度為－7.5℃，邊墻和底板的溫度梯度都比較大。

圖3 渡槽運(yùn)行期穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)云圖Fig.3 Steady tem perature field during aqueduct operation

3.4 渡槽結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算成果

在各工況下渡槽槽身重要部位應(yīng)力值見表2，位移值見表3。由于沒有考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固作用，在分析中未考慮跨端預(yù)應(yīng)力筋頭部的應(yīng)力集中問題。由于沒有加盆式墊圈，在分析中未考慮支座處的應(yīng)力集中問題。

3.5 有限元計(jì)算成果分析

3.5.1 槽身關(guān)鍵部位的應(yīng)力

由計(jì)算成果可知，渡槽槽身在各個(gè)工況作用下，其大部分區(qū)域處于受壓狀態(tài)，只有局部的截面處于較小的受拉狀態(tài)。槽身整體在短期荷載作用下，冬季由于混凝土的收縮、冰壓力的作用，槽身內(nèi)側(cè)順?biāo)鞣较驂簯?yīng)力減小，外側(cè)順?biāo)鞣较驂簯?yīng)力增加，拉桿在冰荷載影響下在與人行道板結(jié)合部易開裂，建議在冬季對(duì)冰層及時(shí)處理；夏季由于混凝土的膨脹，槽身外側(cè)垂直水流方向壓應(yīng)力減小，內(nèi)側(cè)順?biāo)鞣较驂簯?yīng)力增大，拉桿的拉應(yīng)力相對(duì)較?。?0］。各個(gè)部位的應(yīng)力區(qū)間如下：

中孔底梁應(yīng)力區(qū)間為－0.96～0.94 MPa，最大拉應(yīng)力為0.94 MPa，發(fā)生在工況2的垂直水流方向。邊孔底梁應(yīng)力區(qū)間為－0.77～0.76 MPa，最大拉應(yīng)力為0.76 MPa，發(fā)生在工況7的垂直水流方向。底板上表面應(yīng)力區(qū)間為－2.37～0.99 MPa，最大拉應(yīng)力為0.99 MPa，發(fā)生在工況4的順?biāo)鞣较颉５装逑卤砻鎽?yīng)力區(qū)間為－0.95～0.99 MPa，最大拉應(yīng)力為0.99 MPa，發(fā)生在工況5的順?biāo)鞣较颉５桌呖缰袘?yīng)力區(qū)間為－0.66～1.32 MPa，最大拉應(yīng)力為1.32 MPa，發(fā)生在工況2的垂直水流方向。拉桿應(yīng)力區(qū)間為0.01～2.01 MPa，最大拉應(yīng)力為2.01 MPa，發(fā)生在工況2的垂直水流方向。邊墻應(yīng)力區(qū)間為－1.75～1.77 MPa，最大拉應(yīng)力為1.77 MPa，發(fā)生在工況8的鉛直方向。中墻底板交接處應(yīng)力區(qū)間為－2.08～1.37 MPa，最大拉應(yīng)力為1.37 MPa，發(fā)生在工況7的順?biāo)鞣较颉＿厜Φ装褰唤犹帒?yīng)力區(qū)間為－1.34～1.56 MPa，最大拉應(yīng)力為1.56 MPa，發(fā)生在工況2的鉛直方向。

表2 各工況控制斷面的應(yīng)力值Table 2 Stresses of the control section in different engineering conditions MPa

表3 各工況下重要部位的最大位移值Table 3 Maximum disp lacements of the key parts in various engineering conditions mm

槽身在長(zhǎng)、短期荷載共同作用下，所有部位的工作應(yīng)力均小于《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL／T5057—2009）中所規(guī)定的允許范圍，受力狀況較好，滿足抗裂要求。

3.5.2 槽身關(guān)鍵部位的位移

由計(jì)算成果可知，在各工況作用下，渡槽槽身各部位的位移量較小。位移較大的部位多集中在底板及渡槽底部縱向大梁處，當(dāng)槽內(nèi)水位增加時(shí)，邊墻向外偏移的量增大，偏移最大的值位于邊墻頂部，與此同時(shí)邊墻的豎向位移也有所增大，主要發(fā)生在邊墻和槽底板交界處。其重要部位在各工況下的位移量區(qū)間如下：

邊墻頂部垂直水流方向的位移量區(qū)間為0.50～2.99 mm，最大位移值為2.99 mm，發(fā)生在工況2的垂直水流方向。邊墻頂部鉛直方向的位移量區(qū)間為0.52～2.22 mm，最大位移值為2.22 mm，發(fā)生在工況8的鉛直方向。邊墻頂部順?biāo)鞣较虻奈灰屏繀^(qū)間為1.20～2.73 mm，最大位移值2.73 mm，發(fā)生在工況1的順?biāo)鞣较?。邊墻底部垂直水流方向的位移量區(qū)間為0.52～1.60 mm，最大位移值1.60 mm，發(fā)生在工況7的垂直水流方向。邊墻底部順?biāo)鞣较虻奈灰屏繀^(qū)間為1.16～3.33 mm，最大位移值3.33 mm，發(fā)生在工況2的順?biāo)鞣较?。中墻頂部順?biāo)鞣较虻奈灰屏繀^(qū)間為1.55～2.99 mm，最大位移值2.99 mm，發(fā)生在工況1的順?biāo)鞣较?。中墻底部順?biāo)鞣较虻奈灰屏繀^(qū)間為1.02～3.34 mm，最大位移值3.34 mm，發(fā)生在工況2的順?biāo)鞣较颉?/p>

渡槽在長(zhǎng)、短期荷載共同作用下，所有部位的位移均小于《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL／T5057—2009）中所規(guī)定的允許范圍，槽身的位移狀況較好，滿足撓度要求。

4 結(jié) 語

（1）通過三維有限元分析，泲河渡槽在長(zhǎng)、短期荷載共同作用下，槽身大部分區(qū)域處于壓應(yīng)力區(qū)，關(guān)鍵部位的應(yīng)力、位移較小，均在規(guī)范所規(guī)定的允許范圍內(nèi)，能夠滿足抗裂和撓度要求。說明該渡槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及采用的預(yù)應(yīng)力筋（包括鋼絞線）布置方案是合理的，這有效地彌補(bǔ)了混凝土抗拉性能差的缺陷，同時(shí)還可以顯著增大渡槽的跨度，節(jié)省混凝土用量，對(duì)類似的工程設(shè)計(jì)具有借鑒意義。

（2）本文在計(jì)算中未考慮混凝土徐變的影響和盆式橡膠支座的作用，因此計(jì)算值會(huì)稍大。另外，渡槽底梁、底板鋼絞線兩端錨固處，易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，該部位應(yīng)力計(jì)算結(jié)果失真，小區(qū)域內(nèi)拉、壓應(yīng)力變化劇烈，施工過程中可通過設(shè)置鋼墊板等措施加以避免。

（3）短期荷載組合中的溫度荷載對(duì)渡槽結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變影響比較大，不可忽略。

［1］ 任德記，張 超，王 剛，等.預(yù)應(yīng)力矩形渡槽溫度應(yīng)力有限元分析［J］.中國農(nóng)村水利水電，2011，（12）：111－113.（REN De-ji，ZHANG Chao，WANG Gang，et al.A Thermal Stress Finite Element Analysis of Prestressed Rectangle Aqueduct［J］.China Rural Water and Hydropower，2011，（12）：111－113.（in Chinese））

［2］ 朱伯芳.有限單元法原理與應(yīng)用［M］.北京：中國水利水電出版社，2000：245－350.（ZHU Bo-fang.Theory and Application of Finite Element Method［M］.Beijing：China Water Power Press，2000：245－350.（in Chinese））

［3］ 薛風(fēng)先，胡仁喜，康士廷，等.ANSYS12.0機(jī)械與結(jié)構(gòu)有限元分析從入門到精通［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：366－375.（XUE Feng-xian，HU Ren-xi，KANG Shi-ting，et al.Mechanical and Structural Finite Element Analysis for ANSYS 12.0：Initiation to Master［M］.Beijing：China Mechanical Industry Press，2010：366－375.（in Chinese））

［4］ 姚 威，黃 平，彭 輝.新疆尼勒克溝預(yù)應(yīng)力矩形渡槽結(jié)構(gòu)靜力分析［J］.中國農(nóng)村水利水電，2010，（2）：95－98.（YAOWei，HUANG Ping，PENG Hui.A Static Analysis of the Pre-stressed Rectangular Groove in Xinjiang Nileka Aqueduct［J］.China Rural Water and Hydropower，2010，（2）：95－98.（in Chinese））

［5］ DL／T5057—2009，水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國電力出版社，2009.（DL／T5057—2009，Hydraulic Concrete Structure Design Codes［S］.Beijing：China Electric Power Press，2009.（in Chinese））

［6］ KITJAPAT P.Nonlinear Finite Element for Reinforced Concrete Slabs［J］.Journal of Structural Engineering，2005，131（4）：643－649.

［7］ 陳 松，柯敏勇，劉海洋，等.預(yù)應(yīng)力混凝土組合單元的結(jié)構(gòu)多場(chǎng)效應(yīng)數(shù)值分析［J］.水利學(xué)報(bào)，2011，42（5）：616－622.（CHEN Song，KE Min-yong，LIU Haiyang，et al.Multi-field Numerical Analysis for Prestressed Concrete Structure with Combined Finite Element Model［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2011，42（5）：616－622.（in Chinese））

［8］ 張社榮，祝 青，李 升.大型渡槽數(shù)值分析中預(yù)應(yīng)力的模擬方法［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2009，28（3）：57－61.（ZHANG She-rong，ZHU Qing，LI Sheng.Simulation Methods of Prestress in Numerical Analysis of Large Aq-ueduct［J］.Journal of Hydroelectric Engineering，2009，28（3）：57－61.（in Chinese））

［9］ 圣玉蘭，段亞輝.楊家壩渡槽結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形三維有限元分析［J］.水電能源科學(xué)，2011，29（7）：89－92.（SHENG Yu-lan，DUAN Ya-hui.Stress and Deformation Analysis for Yangjiaba Aqueduct with Three-dimensional Finite Element Method［J］.Water Resources and Power，2011，29（7）：89－92.（in Chinese））

［10］鐘登華，冷 濤，鄭 玲.引丹灌區(qū)某渡槽數(shù)值計(jì)算分析及病險(xiǎn)處理［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2008，25（6）：58－61.（ZHONG Deng-hua，LENG Tao，ZHENG Ling.Numerical Analysis and Risky Treatment of Some Aqueduct of Danjiangkou Reservoir［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2008，25（6）：58－61.（in Chinese））

（編輯：周曉雁）

Three-Dimensional FEM Analysis on Jihe River Aqueduct in the M iddle Route of South-to-North W ater Diversion Project

ZHENG Chong-yang，PENG Hui，REN De-ji
（College of Hydraulic and Environmental Engineering，Three Gorges University，Yichang 443002，China）

Large flow and long span of the large-scale aqueduct in South-to-North Water Diversion Project pose higher requirements for the aqueduct design.Taking the Jihe River Aqueduct for example，the structural behavior of the aqueductwas simulated by using 3-D FEM method.In consideration of pre-stress and temperature load，the distribution of stress and deformation in different control sections of the aqueduct body was analyzed.Result indicates that the design of the aqueduct body section and the scheme of pre-stressed reinforcement are reasonable.Stress and displacement are within the allowable range and both meet the requirements of anti-crack and deflection.

south-to-north water diversion project；large aqueduct；pre-stress reinforcement；FEM method；thermal stress coupling

TV672

A

1001－5485（2013）05－0086－06

2013，30（05）：86－91

10.3969／j.issn.1001－5485.2013.05.019

2012－04－06

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（50909054）；三峽大學(xué)研究生科研創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目（2011CX005）

鄭重陽（1985－），男，河南商丘人，碩士研究生，從事水工結(jié)構(gòu)工程研究，（電話）15997699367（電子信箱）zcy946＠163.com。

彭 輝（1976－），男，湖北武漢人，副教授，博士，主要從事水工結(jié)構(gòu)和工程力學(xué)研究，（電話）0717－6392878（電子信箱）hpeng1976＠163.com。