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南水北调中线工程沿线跨越众多河流、沟谷,设置了大量渡槽作为输水或排水建筑物,预应力多纵梁渡槽是其中典型的结构形式之一。考虑排水渡槽汇流面积广、过水流量大,结构尺寸远较一般渡槽大,自重增加导致施工安装起吊能力要求高;尤其在地形复杂区段,交通运输状况、机械吊装能力和现场地质地貌等均将限制渡槽工程施工,整体吊装或满樘支架立模施工存在困难。叠合式多纵梁预应力渡槽利用预制部分混凝土梁承受施工期荷载,待上部现浇混凝土达到设计强度后,再由预制部分和现浇部分形成整体共同承受使用荷载,形式简单、受力明确、吊装能力限制少、湿作业量小、无需满樘支架、施工速度快,工程费用低,有效解决了常规施工工艺在渡槽尺度巨量化后所遇到的技术难题。
本文结合七座结构的工程设计,主要开展了以下几方面的探讨:
1)利用混凝土叠合原理,通过合理设置预制与现浇部分组成,提出了下部吊装预应力T梁、上部现浇混凝土倒∏型输水槽体的新型墙梁式渡槽结构。
2)提出了合理的叠合式预应力渡槽内力计算方法。设计时将渡槽划分为叠合前、叠合后两大阶段分别予以考虑。
叠合前:预应力T梁现场预制,浇注湿接缝形成横向连接,仅承受T梁自重、预应力和施工荷载等;浇注湿接缝形成横向连接后,结构受力体系由静定简支梁结构向超静定交叉梁或格栅结构的转变;上部混凝土浇注完,但未达到设计强度时,将上部现浇混凝土和其它施工荷载如模板自重等按照中到中的原则作为外部荷载施加到该交叉梁系上计算内力;横梁截面选取应考虑两侧的翼缘效应,自重在消除纵向交叉重复计算影响后以均布线荷载方式施加。
叠合后:现浇混凝土达到设计强度后与下部预制预应力T梁叠合,按照中到中的原则共同承受运营期和检修期的各种外部效应;渡槽现浇边墙按固结在下部底板上的悬臂板考虑;由于渡槽纵梁刚度远大于横梁刚度,荷载统计时若横向与纵向存在重复计算或冲突,遵循纵向不变、横向修正的原则。
3)通过三维有限元数值分析,明确了叠合式预应力多纵梁宽浅式和窄深式渡槽的内力分布规律、变形特点。
4)对比分析宽浅式和深窄式渡槽三维有限元与理论内力计算成果,明确了理论计算与三维有限元数值分析的差异性,验证了本文所建立的叠合式预应力渡槽内力计算方法的可行性。
叠合式预应力多纵梁渡槽在施工期、运营期和检修期的受力机制和变形特点与常规渡槽不同,本文所提出的设计思路和设计方法,为今后同类渡槽结构的设计与施工提供重要的理论依据。