石泉水电站改造工程金属结构数字化设计研究 被引量：1

1

作者 韦晨阳 赵春龙 +2 位作者 李岗 王正中 罗涛 《水电能源科学》 北大核心 2025年第1期65-69,共5页

石泉水电站已投入运行近50年,原设计中泄洪表孔工作弧门前无检修闸门,因随梯级开发水位抬高失去旱地检修条件,需对该部位金属结构进行改造。对此,采用数字化手段和BIM技术,对工程泄洪表孔坝段进行数字化建模,重现原设计方案,在此基础上... 石泉水电站已投入运行近50年,原设计中泄洪表孔工作弧门前无检修闸门,因随梯级开发水位抬高失去旱地检修条件,需对该部位金属结构进行改造。对此,采用数字化手段和BIM技术,对工程泄洪表孔坝段进行数字化建模,重现原设计方案,在此基础上完成了施工阶段的金属结构设备布置、检修闸门的设计,并利用ANSYS实现了检修闸门结构数值仿真,形成了从CAD建模、CAE数值仿真、软件二次开发及三维制图的全面数字化应用成果。可视化改造方案有利于指导施工和运维,也为同类工程在方法和经验上提供借鉴。 展开更多

关键词 金属结构 改造工程 数字化设计 BIM技术 二次开发

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渗流-应力耦合作用下穿断层破碎带TBM输水隧洞结构安全研究 被引量：2

2

作者 康凯 张飞儒 +5 位作者 王正中 许建建 刘彪 赵玮 刘铨鸿 王鑫 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期173-182,191,共11页

为分析敞开式隧道掘进机(TBM)穿越断层破碎带深埋长输水隧洞围岩的稳定性及其支护结构的安全性,依托东庄水利枢纽北线输水隧洞工程,采用ABAQUS软件建立隧洞开挖过程渗流-应力耦合三维动态施工仿真模型,研究了隧洞开挖支护过程中断层破... 为分析敞开式隧道掘进机(TBM)穿越断层破碎带深埋长输水隧洞围岩的稳定性及其支护结构的安全性,依托东庄水利枢纽北线输水隧洞工程,采用ABAQUS软件建立隧洞开挖过程渗流-应力耦合三维动态施工仿真模型,研究了隧洞开挖支护过程中断层破碎带处围岩的稳定性和支护结构的受力特性及其变化规律。结果表明:隧洞围岩由于卸载作用其孔隙度最大值较初始状态增大了0.88%,渗透系数最大值较初始状态增大了2.59%;隧洞围岩孔隙水压力随开挖支护过程先下降—再平缓—最后回升至稳定;围岩塑性区出现在沿径向1 m范围内,等效塑性应变极值出现在围岩腰线处;锚杆应力在衬砌进行支护时达到峰值,其最大值为182.90 MPa;衬砌内、外缘均处于受压状态,衬砌环向应力值随开挖支护过程先出现最大值,随后略微减小至稳定,其值在6.66~11.92 MPa范围内;衬砌的变形整体上表现为向内收缩,收缩量从顶拱和底拱处向腰线处逐渐减小,其值在0.67~1.35 mm范围内;随着排水量的增加,围岩最大径缩量逐渐增大,衬砌外水压力折减系数逐渐减小。研究结果可为穿断层破碎带TBM隧洞工程结构设计及其安全施工和运营提供参考依据。 展开更多

关键词 输水隧洞 断层破碎带 渗流-应力耦合 隧道掘进机(TBM) 支护结构 施工仿真

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寒区输水渠道衬砌与冻土相互作用的冻胀破坏试验研究 被引量：29

3

作者 王羿 王正中 +1 位作者 刘铨鸿 肖旻 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期1799-1808,共10页

寒区输水渠道冻胀破坏直接影响着工程安全及效益发挥,基土冻胀变形及其与结构相互作用共同导致衬砌冻胀破坏发生。采用低温室循环供冷,模型槽底部砂砾石层补水,设计衬砌渠道低温冻胀模型试验,研究渠基土体的温度场、水分场、变形场和衬... 寒区输水渠道冻胀破坏直接影响着工程安全及效益发挥,基土冻胀变形及其与结构相互作用共同导致衬砌冻胀破坏发生。采用低温室循环供冷,模型槽底部砂砾石层补水,设计衬砌渠道低温冻胀模型试验,研究渠基土体的温度场、水分场、变形场和衬砌位移之间动态耦合规律,对比观测了冻融试验前后渠基土横剖面物理性状的变化。研究表明：引起基土冻胀变形的水分迁移量及结冰量受温度梯度、冻结速率控制,也受土体初始含水率的制约;渠道断面形状影响渠道的温度边界和热传导,使各部位冻结速率及冻胀变形不一致。渠基土冻结过程中兼有冻胀和挤密,土体受挤压程度同样受渠道衬砌及断面形状的影响,土体内应力复杂。渠基土冻胀与衬砌位移不协调,导致渠底衬砌与土体脱空且偏心受拉。土体冻结时与衬砌间形成接触分凝冰层,传递作用力;温升融化时,接触分凝冰层消融,表层土体强度丧失,造成渠坡滑动失稳破坏和衬砌结构大面积的滑塌。 展开更多

关键词 衬砌渠道 冻胀破坏 模型试验 水热力耦合 接触分凝冰层

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旱寒区输水渠道防渗抗冻胀研究进展与前沿 被引量：53

4

作者 王正中 江浩源 +2 位作者 王羿 刘铨鸿 葛建锐 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第22期120-132,共13页

渠道在农业灌溉和长距离调水工程中作为首选输水形式发挥着重要的作用。但因旱寒区输水渠道渗漏与冻胀互为因果形成恶性循环,导致渠道渗漏、冻胀、隆起、架空、失稳滑塌等冻融老化破坏普遍且严重,直接影响工程输水效率及渠道的安全运行... 渠道在农业灌溉和长距离调水工程中作为首选输水形式发挥着重要的作用。但因旱寒区输水渠道渗漏与冻胀互为因果形成恶性循环,导致渠道渗漏、冻胀、隆起、架空、失稳滑塌等冻融老化破坏普遍且严重,直接影响工程输水效率及渠道的安全运行与效益发挥。该研究着重从探究渠道冻融破坏机理而进行的室内试验和现场原型监测、工程力学模型、水-热-力耦合数值模型及防渗抗冻胀技术等方面论述了旱寒区输水渠道防渗抗冻胀的研究进展;在此基础上,指出了太阳辐射、冻融、盐渍化等复杂环境及冬季输水、水位骤降等运行工况下的渠道多场耦合破坏机理及相应的多场耦合数值模型、衬砌-冻土相互作用模型、失效准则与设计方法、防渗抗冻胀措施标准化及渠道灾变过程与防控技术等渠道防渗抗冻胀有待研究的问题和难点;探讨了完善和提升旱寒区渠道防渗抗冻胀的设计理论与方法、建立全生命周期内的灾变链动态演变预警模型等未来发展方向及趋势,为旱寒区输水渠道工程科学设计与安全高效运行提供指导。 展开更多

关键词 渠道 模型 旱寒区 防渗抗冻胀 多场耦合 设计理论

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西北旱区海绵城市建设中雨洪资源量分析 被引量：11

5

作者 赵逸超 王正中 +1 位作者 刘铨鸿 王羿 《中国农村水利水电》 北大核心 2017年第10期18-22,共5页

我国海绵城市建设仍处于探索和起步阶段,海绵城市规划建设中有关城市水文学问题急需解决。针对西北旱区海绵城市建设规划中雨洪资源计算问题,通过Google Earth提取陕西、甘肃、宁夏、青海及新疆五省主要城市2015年的遥感影像资料,利用S... 我国海绵城市建设仍处于探索和起步阶段,海绵城市规划建设中有关城市水文学问题急需解决。针对西北旱区海绵城市建设规划中雨洪资源计算问题,通过Google Earth提取陕西、甘肃、宁夏、青海及新疆五省主要城市2015年的遥感影像资料,利用SWMM建立模型,最终通过模拟得到各地市汛期雨洪资源量,从宏观上探讨西北旱区主要城市雨洪资源潜力,并进一步提出西北旱区主要城市进行海绵城市建设的顺序。 展开更多

关键词 海绵城市 西北旱区 雨洪资源 SWMM 汛期雨洪资源量

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水工金属结构BIM技术研究与应用 被引量：6

6

作者 赵春龙 王正中 +3 位作者 李岗 邹今春 翟超 范媛 《人民黄河》 CAS 北大核心 2022年第9期155-160,共6页

水利水电工程中金属结构设备分散且多样,设备设计、制造等全过程参与主体较多,信息资源量大,工程参与主体之间存在“信息孤岛”,信息化和数字化水平有待进一步提高。依托里底、乌东德水电站等工程,借助BIM技术对金属结构设备的模型数据... 水利水电工程中金属结构设备分散且多样,设备设计、制造等全过程参与主体较多,信息资源量大,工程参与主体之间存在“信息孤岛”,信息化和数字化水平有待进一步提高。依托里底、乌东德水电站等工程,借助BIM技术对金属结构设备的模型数据库建设、工程图纸表达、数字化设计和移交等进行了研究。运用知识工程、人机工程仿真功能在虚拟产品体验、虚拟制造和运维等方面进行了BIM深化应用,以期为类似工程金属结构的BIM技术应用提供参考。 展开更多

关键词 金属结构 BIM技术 数字化设计 知识工程 人机工程

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水-热-力耦合作用下寒区弧底梯形渠道结构优化设计 被引量：1

7

作者 王正中 孙涛 +3 位作者 郑艾磊 刘铨鸿 康凯 陆立国 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1916-1929,共14页

为合理优化设计寒区弧底梯形渠道的形体结构,基于冻土水热力三场耦合及冻土-衬砌相互作用的渠道冻胀数值模型,结合分层序列法将渠道断面水力参数最优解集作为变量空间,以衬砌结构的强度、刚度及几何构造为约束条件,以衬砌适应冻胀变形... 为合理优化设计寒区弧底梯形渠道的形体结构,基于冻土水热力三场耦合及冻土-衬砌相互作用的渠道冻胀数值模型,结合分层序列法将渠道断面水力参数最优解集作为变量空间,以衬砌结构的强度、刚度及几何构造为约束条件,以衬砌适应冻胀变形能力为目标函数,建立寒区弧底梯形渠道水力-抗冻胀双优数学模型。随后对寒区各类典型渠道工程进行双优结构标准化设计,得到弧底梯形渠道在不同负温、地下水埋深、土质、断面规模下的双优边坡系数、实佳比及衬砌厚度的标准参数,供工程设计参考。研究结果表明:双优结构尺寸参数均随地下水埋深的增大而减小、随基土冻胀率的增大而增大、随冬季负温的降低而增大、随断面规模的增大而增大。以新疆某渠道工程为例,优化后的断面实佳比为1.02,较原设计值增大1.8%;最大法向冻胀量为2.52 cm,较原设计值增大20.0%;最大拉应力为0.95 MPa,较原设计值减小60.4%;衬砌整体柔度为305.47 cm/MPa,较原设计值增大42.3%,水力性能及抗冻胀性能均达到最优。 展开更多

关键词 冻土 水-热-力耦合 冻土-衬砌相互作用 弧底梯形渠道 水力-抗冻胀双优

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北疆白砂岩与泥岩的土水特征曲线及渗透曲线实验研究 被引量：10

8

作者 谭志翔 王正中 +3 位作者 葛建锐 江浩源 刘铨鸿 孟晓栋 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S01期229-233,共5页

中国北疆地区大型渠道基土多为白砂岩和泥岩,其水力特性决定着渠道结构病害的形成与发育。为此以新疆阿勒泰北屯灌区的白砂岩、泥岩为研究对象,测试其物理力学和抗渗各项指标;根据非饱和土理论,采用滤纸法得到其土水特征曲线,并基于Gard... 中国北疆地区大型渠道基土多为白砂岩和泥岩,其水力特性决定着渠道结构病害的形成与发育。为此以新疆阿勒泰北屯灌区的白砂岩、泥岩为研究对象,测试其物理力学和抗渗各项指标;根据非饱和土理论,采用滤纸法得到其土水特征曲线,并基于Gardner模型、Van Genuchten模型和Fredlund&Xing模型对土水特征曲线进行参数拟合并分析其持水特性;结合其土水特征曲线进一步采用Childs&Collis-Geroge模型研究了其非饱和渗透曲线。试验结果表明:白砂岩、泥岩具有膨胀性且为低渗透性土体。白砂岩抗剪强度高、压缩性低。白砂岩、泥岩土水特征曲线拟合效果最好的分别是GA模型、VG模型,泥岩较白砂岩的持水性能更好。相对渗透系数随基质吸力增加而急剧降低,一定基质吸力范围内两者在双对数坐标系中呈直线型曲线。 展开更多

关键词 白砂岩与泥岩 土水特征曲线 滤纸法 基质吸力 渗透系数

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考虑冻拨影响的寒区渠道衬砌冻胀破坏力学模型分析 被引量：2

9

作者 李瀚翔 王正中 +3 位作者 陆立国 刘铨鸿 江浩源 薛博祥 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期103-112,共10页

地下水浅埋或窄深式衬砌渠道,渠顶竖向冻胀对渠道低温稳定性影响较大,容易产生衬砌断裂、整体上抬冻害,而现有渠道冻胀工程力学模型仅分析渠坡法向冻胀。该研究考虑了渠顶竖向冻胀引起的冻拔与渠坡法向冻胀共同作用,建立了考虑冻拔的渠... 地下水浅埋或窄深式衬砌渠道,渠顶竖向冻胀对渠道低温稳定性影响较大,容易产生衬砌断裂、整体上抬冻害,而现有渠道冻胀工程力学模型仅分析渠坡法向冻胀。该研究考虑了渠顶竖向冻胀引起的冻拔与渠坡法向冻胀共同作用,建立了考虑冻拔的渠道冻胀工程力学模型。以冻胀敏感土质为例,应用渠道水–热–力三场耦合数值模拟,研究不同渠坡倾角、不同宽深比、不同地下水位条件下冻胀情况,以探明渠道衬砌冻拔机理,明确冻拔产生时竖向与法向冻胀分布规律。提出了冻拔破坏发生的临界坡长、临界地下水位、冻拔危险位置计算方法,同时给出了冻拔状态下渠道衬砌板内力、渠坡抗冻拔强度等计算方法。结果表明:衬砌冻拔最大拉应力与冻深和渠坡倾角正相关,与地下水位负相关。经数值模型验证,最大拉应力误差为1.5%,冻拔位置误差在16.01%以内。宁夏灌区土质条件下,冻结线半径函数斜率范围为1.047~4.040。模型解释了小型渠道易整体冻拔上抬及宽浅式渠道抗冻拔优越的原因,可以对渠道衬砌抗冻胀结构进行定量分析,为工程设计、规范修订提供参考。 展开更多

关键词 渠基冻胀 冻拔 力学模型 冻胀破坏 临界坡长

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考虑预制混凝土“设缝”作用的梯形渠道冻胀机制影响研究

10

作者 王春霞 葛建锐 +4 位作者 王正中 江浩源 张亚新 郑健 肖旻 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期170-176,共7页

寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致,针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻... 寒区衬砌渠道输水能力下降主要是由常年冻融作用下衬砌结构发生冻胀破坏所致,针对渠道衬砌结构冻胀破坏问题提出渠坡板纵向设缝的抗冻措施与数值分析方法。本文通过将渠道衬砌板与冻土视为整体处理的方法构建混凝土衬砌渠道热力耦合冻胀模型,以甘肃省景泰灌区某混凝土衬砌渠道为研究对象,考虑不同设缝措施与纵缝填充的接触本构对3种工况进行抗冻影响因素分析。结果表明:渠底深部基本不受渠道整体几何边界的影响,但渠道边界尺寸和基土热流分布均对基土上部温度场变化具有显著影响。渠道阴坡、渠底和阳坡最大冻深分别为86.3、67.5、58.2 cm。通过合理设缝措施可使渠道阴坡法向冻胀力降低40.7%、底板冻胀量减小63.5%、切向冻胀力降低43.8%,使渠道断面冻胀分布趋于均匀,且模型分析与实测结果相符,表明本文构建模型的合理性。研究结果可为长距离输水渠道数值计算提供理论依据。 展开更多

关键词 热力耦合 冻胀 衬砌结构 设缝 预制混凝土 梯形渠道

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弧形闸门闸坝一体化静动力分析及安全评价 被引量：12

11

作者 张雪才 王正中 +1 位作者 李宝辉 徐超 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2017年第7期116-120,131,共6页

针对弧形闸门安全评价中采用的闸门单体计算模型过于简化的问题,应用有限元软件ANSYS对比分析了惯用的闸门单体结构模型与考虑止水摩阻及支铰和牛腿间直接作用的闸坝一体化模型在全闭和瞬间开启2种工况下的静动力特性。以闸坝一体化模... 针对弧形闸门安全评价中采用的闸门单体计算模型过于简化的问题,应用有限元软件ANSYS对比分析了惯用的闸门单体结构模型与考虑止水摩阻及支铰和牛腿间直接作用的闸坝一体化模型在全闭和瞬间开启2种工况下的静动力特性。以闸坝一体化模型为准,在静力分析方面,在全闭工况时单体模型下框架主横梁的最大位移及等效应力分别偏大108.5%和67.1%,支臂内力偏大52.8%,单体模型下框架极不经济;在瞬间开启工况时单体模型上框架主横梁的最大位移及等效应力偏差分别为-10.1%和-21.2%,支臂内力偏小8.1%,单体模型上框架极不安全。在动力分析方面,止水及流固耦合作用使闸坝一体化模型的弧门前10阶频率最大下降48%,远离了流激振动的主频区,利于弧门的动力稳定。结果表明:合理弧形闸门结构安全评价的模型应为校核水位瞬间开启工况下的闸坝一体化模型,采用此工况及模型才能确保结构分析的正确性,实现闸门结构安全性与经济性的统一。 展开更多

关键词 弧形闸门 三维有限元 闸门单体 闸坝一体化 止水摩阻 安全评价

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基于弹性薄层接触模型研究衬砌渠道双膜防冻胀布设 被引量：10

12

作者 王羿 王正中 +1 位作者 刘铨鸿 刘月 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期133-141,共9页

渠道衬砌下双膜防渗层可解除渠基土冻结力,释放衬砌结构位移以适应不均匀冻胀,但会影响衬砌结构的刚度与稳定性。为研究最佳双膜防渗层布设形式及其适应性,考虑双膜防渗层接触本构及衬砌结构与渠基土的相互作用,依据基土水热力三场耦合... 渠道衬砌下双膜防渗层可解除渠基土冻结力,释放衬砌结构位移以适应不均匀冻胀,但会影响衬砌结构的刚度与稳定性。为研究最佳双膜防渗层布设形式及其适应性,考虑双膜防渗层接触本构及衬砌结构与渠基土的相互作用,依据基土水热力三场耦合理论建立了寒区衬砌渠道的冻胀模型,通过数值模拟仿真分析了不同断面及不同双膜防渗层布设形式的弧底梯形渠道衬砌的冻胀受力与变位。结果表明:宽浅断面渠道采用双膜衬砌结构时,膜间摩擦力过小造成刚度和稳定性严重降低以及衬砌拉应力增加。适当的膜间摩擦力可以解除部分冻结约束,调整局部不均匀冻胀,而且发挥弧底反拱作用不产生拉应力。采用PE膜与无纺布作为层间接触的双膜衬砌结构,冻胀位移方差减小25%,同时整体位移增加不超过0.2cm,削减冻胀应力50%以上。在不显著降低结构整体稳定性前提下,其整体刚度和结构强度提高程度最大,故同时适用于窄深渠道和宽浅渠道。研究为寒区衬砌渠道中双膜防渗层的合理布设提供科学依据。 展开更多

关键词 渠道 膜 防冻 冻胀破坏 双膜防渗层 水热力耦合 冻胀模型 接触本构

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方形喷洒域摇臂式喷头流道优化及内部流场数值仿真研究 被引量：9

13

作者 王正中 翟超 +2 位作者 王文娥 范兴科 吴普特 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期71-79,共9页

针对圆形喷洒域摇臂式喷头喷洒重叠多和超喷漏喷普遍,现行方形喷洒域摇臂式喷头机构复杂、旋转能耗大、局部水头损失大、喷洒形状与标准正方形偏差大等问题,该文通过对流量调节器喉口断面菱形化和流道流线化,对方形喷洒域摇臂式喷头流... 针对圆形喷洒域摇臂式喷头喷洒重叠多和超喷漏喷普遍,现行方形喷洒域摇臂式喷头机构复杂、旋转能耗大、局部水头损失大、喷洒形状与标准正方形偏差大等问题,该文通过对流量调节器喉口断面菱形化和流道流线化,对方形喷洒域摇臂式喷头流量调节器的形体进行优化,减少了不利的水头损失,实现了精准方形喷洒的目标。根据水动力学的能量方程及动量方程推出了流量调节器局部水头损失的计算公式;并运用三维软件Pro/E建立流量调节器及喷头的三维内流道几何模型,利用CFD软件建立其流体力学RNG k-ε湍流数值模型,对流量调节器及喷头的内流场进行数值模拟,获得了压强、流速的动态分布规律,进而求得优化前后方形喷洒域喷头不同旋转姿态时的水头损失及流量,结合同型号喷头的出口流量与射程关系计算出优化前后的射程,进而对优化前后方形喷洒域喷头不同旋转姿态时的水头损失、流量、射程及喷洒形状等性能进行全面评价,验证方形喷洒域摇臂式喷头流道优化成果的可靠性。结果表明:优化后的方形喷洒域摇臂式喷头结构简单、水力自控、节能耐久、喷洒形状标准、水头损失小;在额定工作压力范围内优化后的摇臂式喷头水头损失降低25.8%,流量增大12.87%,喷洒形状系数提高15.6个百分点,为方形喷洒域摇臂式喷头的设计制造及应用推广提供理论参考。 展开更多

关键词 喷头 流量 数值模拟 摇臂式喷头 方形喷洒域 流道优化

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冰盖输水衬砌渠道冰冻破坏统一力学模型 被引量：29

14

作者 葛建锐 王正中 +4 位作者 牛永红 王羿 肖旻 刘铨鸿 江浩源 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期90-98,共9页

随着城市供水与生态需水要求的提高,寒冷地区输水渠道冬季运行成为常态,目前冬季运行渠道抗冰冻破坏尚无评价准则与结构设计方法。针对此,基于冬季不输水渠道衬砌结构冻胀破坏的弹性地基梁模型,考虑冰推力、冰约束及渠基土冻胀力对结构... 随着城市供水与生态需水要求的提高,寒冷地区输水渠道冬季运行成为常态,目前冬季运行渠道抗冰冻破坏尚无评价准则与结构设计方法。针对此,基于冬季不输水渠道衬砌结构冻胀破坏的弹性地基梁模型,考虑冰推力、冰约束及渠基土冻胀力对结构的共同作用,在结构破坏的极限平衡状态下,推导得到冬季输水渠道冰盖运行工况下衬砌结构内力计算、应力计算及抗裂准则的解析表达式。通过静冰荷载影响系数、静水压力影响系数和冰冻荷载耦合系数的变化,可统一冬季有无冰盖输水及停水3种典型工况下衬砌结构内力、应力分布计算,进一步提出寒区衬砌渠道冰-冻破坏统一力学模型。以新疆某梯形渠道为研究原型,通过对衬砌坡板内力、应力及冰拔力计算分析,得到冰-冻破坏截面位置和各截面受力的分布规律。对无冰盖输水、带冰盖输水和无冰盖不输水3种典型梯形渠道力学模型进行内力计算对比分析表明,截面最大拉应力极大值分别为4.186、2.447和2.208 MPa,冬季无冰盖输水渠道冰冻破坏最严重(控制工况),无冰盖不输水冰冻破坏最轻,而冰盖运行介于两者中间,三者冰冻破坏规律差异较大。因此,在冬季输水衬砌渠道抗冰-冻设计中建议综合考虑3种典型工况,并按其破坏规律和力学模型进行安全性评价。 展开更多

关键词 渠道 冰冻 模型 冬季输水 衬砌渠道 冰盖

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深孔弧门三维拓扑优化应用研究 被引量：3

15

作者 苏立钢 王正中 +2 位作者 王岳 张雪才 徐超 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2018年第10期143-147,共5页

当前拓扑优化在水工闸门中的应用均为二维平面内的拓扑优化设计,未涉及闸门空间拓扑形式的问题。针对此,以某水电站工程深孔弧形钢闸门为例,基于连续体拓扑优化方法中的变密度法进行深孔弧门三维拓扑优化的应用研究,采用有限元软件对拓... 当前拓扑优化在水工闸门中的应用均为二维平面内的拓扑优化设计,未涉及闸门空间拓扑形式的问题。针对此,以某水电站工程深孔弧形钢闸门为例,基于连续体拓扑优化方法中的变密度法进行深孔弧门三维拓扑优化的应用研究,采用有限元软件对拓扑结果进行数值分析,并与工程中常用V型二支臂结构形式进行对比。结果表明采用三维拓扑优化得到的弧形闸门支臂最优拓扑构型为Y型树状结构,且在满足局部稳定要求前提下构建的箱型截面树状支臂结构承载能力满足规范要求。与规范中常用V型支臂结构进行对比分析,结果表明,拓扑优化的树枝状支臂结构整体位移减小15.8%,最大应力减小15%且整体分布更加均匀。三维拓扑优化方法可以应用于深孔弧形闸门的结构优化设计当中。 展开更多

关键词 深孔弧门 三维拓扑优化 变密度法 有限元分析 树状支臂结构

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联合Winkler-Pasternak模型的冬季输水梯形渠道冻胀力学分析 被引量：5

16

作者 肖旻 祝婉玲 +4 位作者 王正中 吴浪 杨晓松 崔浩 葛建锐 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期88-95,共8页

为克服现有冬季输水梯形渠道冻胀力学模型未充分考虑冻结区与水下非冻结区差异,以及未考虑土体连续性的不足,该研究根据冻土与非冻土剪切刚度的不同,冻结区采用Pasternak双参数弹性地基梁模型,而非冻结区采用Winkler模型,综合Pasternak... 为克服现有冬季输水梯形渠道冻胀力学模型未充分考虑冻结区与水下非冻结区差异,以及未考虑土体连续性的不足,该研究根据冻土与非冻土剪切刚度的不同,冻结区采用Pasternak双参数弹性地基梁模型,而非冻结区采用Winkler模型,综合Pasternak模型考虑土体连续性及Winkler模型易于求解、所需参数少的优点,提出联合Winkler-Pasternak模型的冬季输水梯形渠道冻胀力学分析方法。以新疆玛纳斯河流域某冬季输水梯形渠道为例,计算渠坡衬砌板法向变形,并将本文模型、Winkler模型、Pasternak模型计算结果与观测值进行了对比分析,最后计算了衬砌板截面弯矩及上表面应力分布。结果表明:衬砌板法向变形可分为冻胀段、沉降段及冻胀-沉降过渡段三个部分,三种模型计算结果均能较好地反映衬砌板法向位移基本变化趋势,且本文模型计算结果与实测值更加接近,表明了模型合理性。衬砌板易开裂位置位于冻土区距离水位线10.0%~23.3%坡板长处,与工程实际相符。该研究可为寒区冬季输水梯形渠道抗冻胀设计提供科学参考与理论依据。 展开更多

关键词 冻土工程 渠道 冻胀 冬季输水 力学模型 Winkler-Pasternak模型

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高地下水位冻土区抛物线形渠道冻胀力学分析 被引量：5

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作者 肖旻 王正中 +4 位作者 吴浪 熊志豪 葛建锐 崔浩 杨晓松 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期268-274,共7页

考虑渠道断面各截面地下水位以及局部几何特性逐点不同的特殊性并结合Winkler假设,提出了高地下水位冻土区抛物线形渠道衬砌法向冻胀力与切向冻结力计算方法及截面内力计算公式.考虑曲梁曲率影响提出基于曲梁理论的截面正应力计算方法... 考虑渠道断面各截面地下水位以及局部几何特性逐点不同的特殊性并结合Winkler假设,提出了高地下水位冻土区抛物线形渠道衬砌法向冻胀力与切向冻结力计算方法及截面内力计算公式.考虑曲梁曲率影响提出基于曲梁理论的截面正应力计算方法及抗裂验算公式.以河北某抛物线形渠道为例,分析衬砌截面轴力、弯矩及应力分布规律.结果表明:轴力自渠顶向渠底中部逐渐增大且均为压力;衬砌板主要在负弯矩作用下凸向内侧,仅在临近渠底时由负变正转而凸向外侧;由于存在拱效应,各截面均以压应力为主,仅渠坡中下部内侧及渠底中部附近外侧出现拉应力从而易导致开裂.分别应用直梁理论和曲梁理论计算衬砌板截面应力并进行对比分析.发现渠底中心附近曲率较大处两者相对误差可达11.78%,且直梁理论的计算结果量值偏小、安全性低,应当基于曲梁理论进行应力分析更加合理. 展开更多

关键词 抛物线形渠道 冻土 冻胀 力学分析 曲梁

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水工钢闸门圆孔蜂窝主梁强度及刚度简明计算 被引量：1

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作者 彭文哲 王正中 +2 位作者 张雪才 徐超 吴思远 《西北农林科技大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2019年第6期145-154,共10页

【目的】建立一套圆孔蜂窝梁强度及刚度(挠度)的简明计算公式,以解决现行蜂窝梁设计方法过于繁琐和误差较大的问题。【方法】采用有限元法建立了变化开孔布置及截面特性的126个等径圆孔和120个变径圆孔蜂窝梁模型,探讨了圆孔蜂窝梁的正... 【目的】建立一套圆孔蜂窝梁强度及刚度(挠度)的简明计算公式,以解决现行蜂窝梁设计方法过于繁琐和误差较大的问题。【方法】采用有限元法建立了变化开孔布置及截面特性的126个等径圆孔和120个变径圆孔蜂窝梁模型,探讨了圆孔蜂窝梁的正应力、剪应力、米塞斯应力及挠度的分布规律,分析了其破坏机理,并以铁木辛柯深梁弯曲理论的实腹梁应力和挠度计算公式为基础,在对有限元计算结果进行回归分析基础上提出了圆孔蜂窝梁控制应力和变形的计算公式。【结果】圆孔蜂窝梁的强度破坏最可能发生在边孔上边缘、次边孔上边缘和跨中附近3个位置,最不利位置可根据边孔与次边孔的孔径比和孔径与梁高之比判定。经回归分析,得到一组以开孔前后截面惯性比、边跨比、径高比、开孔率和翼缘与腹板有效面积比为参数的半理论半经验的圆孔蜂窝梁强度及刚度简捷计算公式,该公式在工程允许范围内的最大误差不超过5%。【结论】所提出的圆孔蜂窝梁控制应力和刚度的计算公式误差小、形式简单、适用范围广,是一套简捷实用的圆孔蜂窝梁强度及刚度计算公式。 展开更多

关键词 水工钢闸门 圆孔蜂窝梁 水工结构 米塞斯应力

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渗漏点高度对寒区加高渠道不协调变形的影响 被引量：1

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作者 郭万里 蔡正银 +2 位作者 王羿 黄英豪 张晨 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期100-105,共6页

寒区渠道由于水位和温度的周期性变化,渠基土经历"湿干冻融"循环作用,这将加剧加高渠道的不协调变形。因此,以北疆输水渠道加高改造工程为例,结合有限元计算结果分析了不同渗漏点高度对渠坡不协调变形的影响,主要结论如下:(1... 寒区渠道由于水位和温度的周期性变化,渠基土经历"湿干冻融"循环作用,这将加剧加高渠道的不协调变形。因此,以北疆输水渠道加高改造工程为例,结合有限元计算结果分析了不同渗漏点高度对渠坡不协调变形的影响,主要结论如下:(1)渠坡不协调变形最显著的时间点出现在"冻"的阶段,但是并非出现在温度最低点,而是出现在温度由最低温度开始向上回升时;(2)当渗漏点在渠坡中点附近时,加高层引起的渠坡不协调变形最显著,渠坡与衬砌之间的漏空变形最大,且随着"湿干冻融"循环次数的增大而增大,并有逐渐趋于稳定的趋势;(3)渗漏点高于渠坡中点时,虽然渠坡冻胀变形增大,但是不协调变形引起的渠坡与衬砌之间的漏空变形反倒降低。渗漏点低于渠坡中点时,渠坡冻胀变形和不协调变形都较低。可见,渠坡冻胀量大并不一定意味着加高渠坡不协调变形大,渗漏点位置较低时,冻胀量越小且加高渠道的不协调变形也最小,是一种最理想的工况。 展开更多

关键词 加高渠道 不协调变形 湿干冻融 渗漏 寒区

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考虑残余应力影响的焊接工字型弧门支臂稳定数值分析的等效模型研究 被引量：1

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作者 张学东 韩一峰 +4 位作者 王正中 李会军 徐超 张欢龙 刘丰 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第4期172-179,共8页

弧形钢闸门的失事破坏主要是由于支臂发生屈曲失稳导致的,支臂的稳定性是保证整个闸门安全稳定运行的前提。针对当前支臂稳定计算精度和求解效率不足的问题,为探究可用于支臂实际稳定承载力计算的等效简化模型,确定出考虑残余应力对稳... 弧形钢闸门的失事破坏主要是由于支臂发生屈曲失稳导致的,支臂的稳定性是保证整个闸门安全稳定运行的前提。针对当前支臂稳定计算精度和求解效率不足的问题,为探究可用于支臂实际稳定承载力计算的等效简化模型,确定出考虑残余应力对稳定性影响的综合初始缺陷幅值,以两端铰接的焊接工字型弧门支臂为研究对象,采用非线性屈曲分析方法探究残余应力分布模式、残余压应力峰值以及几何初始缺陷幅值等因素对其稳定承载力的交互影响,并与现行《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)计算结果进行对比验证。结果表明:对于大柔度支臂,综合初始缺陷幅值取为L/600;而对于中小柔度支臂,综合初始缺陷幅值取为L/400。按照综合初始缺陷幅值所建立的支臂等效模型能够充分考虑截面残余应力及几何初始缺陷对稳定承载力的综合影响,数值计算结果与《标准》计算结果吻合较好,可以替代原有支臂复杂的非线性稳定模型。研究成果可为工程技术应用提供参考。 展开更多

关键词 弧形钢闸门 工字型弧门支臂 稳定分析 残余应力 等效模型

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