大型倒虹结构分析与试验研究

1 引言

　　通过科研试验提出大型倒虹合理的断面型式，对数学模型计算结果和物理模型试验结果进行对比分析，提出合理的结构内力计算方法。

　　2 科研、试验主要内容

　　南水北调中线工程总干渠河渠倒虹设计流量大、流速小，为使南水北调倒虹吸的设计技术先进、安全且经济合理，本科研试验以淇河渠倒虹为原型对大型倒虹进行了结构分析研究和结构试验研究。

　　研究对象是南水北调中线145亿m3调水方案的总干渠黄河北～漳河南渠段初设阶段淇河渠道倒虹吸管身。管身为6孔，孔径6m×6m，3孔一联，横向分为2联，顺水流方向每节管长15m.管身材料为300＃砼，弹性模量为3×104mPa，泊松比0.167.倒虹管身地基为粘土岩，弹性模量为30mPa，泊松比0.3，浮容重为10kN/m3，饱和容重为20kN/m3，土的内摩擦角25°，管顶填土厚2.6m.

　　2.1 结构分析研究

　　2.1.1结合淇河倒虹初步设计进行断面型式选择

　　对倒虹吸4种结构型式（箱型框架、正反拱、正拱和反拱）和五种工况（①河道有水、管内无水；②河道无水、管内有水；③河道无水、左管有水；④河道无水、中管有水；⑤河道无水、右管有水）用矩阵位移法和文克尔假定进行了计算，结果表明加腋的箱型框架断面受力较优越，而且易于施工，便于管理，且对各种附加荷载的敏感性较其它三种断面型式低，并确定了最危险的工况，论证了结构选型的合理性和可靠性。

　　2.1.2为了提高设计速度和质量，编制了“智能化倒虹框架结构分析专用程序”，该程序采用汉字显示人机交互的方式，层次清晰、界面友好，具有直观明了、操作简单、输入工作量小。

　　自动计算荷载、形成计算简图、计算速度快的特点，并能自动绘出设计所需要的内力图。

　　2.1.3 研究了地基弹性、温度变化对结构内力的影响。

　　2.1.4 对选定的结构断面进行了二维有限元计算和二维非线性有限元计算，用三维有限元对一节15m长的箱形管身进行了分析计算，并将各种方法的计算成果进行了对比分析。二维非线性有限元方程组求解采用局部弧长法，利用荷载向量系数来控制结构实际所承受的荷载。

　　2.2模型试验研究

　　2.2.1 光弹试验