检索结果-内蒙古大学图书馆

水资源与水工程学报 2021年第4期32卷 172-179页

作者：张学东韩一峰王正中李会军徐超张欢龙刘丰西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心陕西杨凌712100 中国电建集团华东勘测设计院有限公司浙江杭州310014

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... 详细信息

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。

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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水-热-力耦合作用下寒区弧底梯形渠道结构优化设计

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第5期54卷 1916-1929页

作者：王正中孙涛郑艾磊刘铨鸿康凯陆立国西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 宁夏回族自治区水利科学研究院宁夏银川750021

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... 详细信息

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。

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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基于特征灵敏度优化的弧形闸门动力分析模型

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水力发电学报 2017年第12期36卷 61-68页

作者：吴思远王正中徐超刘计良吴守军张雪才西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心陕西杨凌712100 陕西省水工程安全与建设研究中心陕西杨凌712100 西安理工大学水利水电学院西安710048 西北工业大学超高温结构复合材料国防科技重点实验室西安710048

针对传统弧形闸门有限元模拟结果与实测数值存在误差,影响其动力特性及减振控制分析的问题,基于特征灵敏度优化的***/Nastran联合仿真,提出一种弧形闸门动力分析模型快速建模方法。主要思路是从传统静力有限元模型离散单元中,提取集中... 详细信息

针对传统弧形闸门有限元模拟结果与实测数值存在误差,影响其动力特性及减振控制分析的问题,基于特征灵敏度优化的***/Nastran联合仿真,提出一种弧形闸门动力分析模型快速建模方法。主要思路是从传统静力有限元模型离散单元中,提取集中质量矩阵,以弧形闸门几何特征及动力特性为约束条件,通过软件联合调用实现质量重分布,以此得到相应的动力有限元模型。通过摄动检测、现有文献对比及实例优化表明:本文方法在保证最小改变量的情况下,只需较少的迭代步骤就可以实现精确建模。

关键词：弧形闸门动力有限元模型特征灵敏度

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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

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水资源与水工程学报 2024年第3期35卷 173-182,191页

作者：康凯张飞儒王正中许建建刘彪赵玮刘铨鸿王鑫西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心陕西杨凌712100 陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001

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... 详细信息

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。

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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寒区河湖与灌排渠道模袋混凝土护岸冻胀破坏机理

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水利学报 2022年第2期53卷 230-242页

作者：刘铨鸿郭明王正中陆立国葛建锐李瀚翔西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 宁夏水利科学研究院宁夏银川750021

我国北方寒区河湖与灌排渠道护岸冻胀破坏普遍严重。卵砾石护底模袋混凝土衬砌护岸因施工方便获得广泛应用。但目前针对这种复合衬砌结构的冻胀破坏机理尚不明确,难于规范化设计。本文基于冻土水热力三场耦合理论,考虑衬砌与基土的界面... 详细信息

我国北方寒区河湖与灌排渠道护岸冻胀破坏普遍严重。卵砾石护底模袋混凝土衬砌护岸因施工方便获得广泛应用。但目前针对这种复合衬砌结构的冻胀破坏机理尚不明确,难于规范化设计。本文基于冻土水热力三场耦合理论,考虑衬砌与基土的界面相互作用建立了河渠护岸衬砌冻胀数值分析模型。以宁夏西干渠工程为例,对卵砾石护底的模袋混凝土、卵砾石护底的普通混凝土以及全断面混凝土三种典型衬砌形式的弧脚梯形渠道进行冻胀破坏分析和对比研究。结果表明,卵砾石护底的排水作用可使边坡基土冻前体积含水率和冻后体积含冰率分别减少约27.8%和30%;模袋及卵砾石护底削减了冻结约束和底板约束,使坡板拉应力减少20%~70%,冻胀量削减约30%,不均匀冻胀量减少约50%;模袋混凝土护岸冻胀破坏表现出混凝土开裂、模袋达到比例极限、模袋达到极限强度的三个阶段,在混凝土开裂后模袋仍具备较强的承拉能力使护岸衬砌仍能承受冻胀发展并防止滑塌失稳破坏,当以模袋拉应力达到比例极限为失效准则时,抗冻胀能力提高约47.1%,负温抵抗能力提高约30%。此项研究可为我国北方寒区浅埋地下水河渠护岸采用卵砾石护底模袋混凝土衬砌提供设计手段与合理依据。

关键词：模袋混凝土护岸卵砾石护底浅埋地下水冻土水热力耦合冻胀破坏

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渗漏点高度对寒区加高渠道不协调变形的影响

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岩土工程学报 2020年第S02期42卷 100-105页

作者：郭万里蔡正银王羿黄英豪张晨土石坝破坏机理与防控技术水利部重点实验室江苏南京210024 南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024 西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心陕西杨凌712100

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... 详细信息

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。

关键词：加高渠道不协调变形湿干冻融渗漏寒区

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冰盖输水衬砌渠道冰冻破坏统一力学模型

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农业工程学报 2020年第1期36卷 90-98页

作者：葛建锐王正中牛永红王羿肖旻刘铨鸿江浩源西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州730000 江西科技师范大学建筑工程学院南昌330013

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... 详细信息

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。

关键词：渠道冰冻模型冬季输水衬砌渠道冰盖

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抛物线类渠道水力最佳及实用经济断面统一设计方法

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灌溉排水学报 2018年第9期37卷 91-99页

作者：陈柏儒王羿赵延风王正中西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心陕西杨凌712100 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000

【目的】解决任意次抛物线形渠道湿周积分公式为不可积分而导致水力最佳及实用经济断面无解析解的问题。【方法】采用高斯超几何函数给出了任意次抛物线形渠道湿周的解析计算式,以水深、水面宽度为变量,用拉格朗日乘数法对该类渠道的水... 详细信息

【目的】解决任意次抛物线形渠道湿周积分公式为不可积分而导致水力最佳及实用经济断面无解析解的问题。【方法】采用高斯超几何函数给出了任意次抛物线形渠道湿周的解析计算式,以水深、水面宽度为变量,用拉格朗日乘数法对该类渠道的水力最佳断面参数进行求解。【结果】得到了任意次抛物线类渠道的水力最佳断面参数求解方程,再根据实用经济断面与水力最佳断面的关系得到了任意次抛物线类渠道的实用经济断面参数求解方程。最后给出抛物线类渠道实用经济断面水面宽度与水深的比值的关系表。【结论】该方法易于设计任意次抛物线类水力最佳及实用经济断面,可供渠道规划设计参考应用,也为规范修订提供理论依据。

关键词：抛物线类渠道高斯超几何函数水力最佳断面实用经济断面明渠水力学统一设计方法

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考虑冰盖生消和冰-结构-冻土协同作用的渠道弹性地基梁模型

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水利学报 2021年第2期52卷 215-228页

作者：葛建锐牛永红王正中谭志翔张春洋王羿西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 南京水利学科学研究院岩土工程研究所江苏南京210024

冰-冻破坏是寒区冬季输水渠道结构破坏的主要原因,而目前尚缺乏准确的分析方法和评价准则。本文从冰盖生消过程中结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构冰冻破坏机理出发,考虑在冰-结构-冻土协同作用下,基于弹性地基梁Winkler理论推... 详细信息

冰-冻破坏是寒区冬季输水渠道结构破坏的主要原因,而目前尚缺乏准确的分析方法和评价准则。本文从冰盖生消过程中结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构冰冻破坏机理出发,考虑在冰-结构-冻土协同作用下,基于弹性地基梁Winkler理论推导了衬砌结构的挠曲线微分方程,分别建立了3个阶段衬砌结构的冰冻破坏力学模型,并结合相应荷载组合和边界条件对模型求解获得了衬砌结构的挠度、内力和应力的解析表达。应用该模型对南水北调京石段某输水渠道进行冰冻破坏分析计算,结果表明:结冰初期、流冰期和封冻期3个阶段衬砌结构的法向冻胀位移最大值分别为10.62、13.89和5.05 cm,对应3个阶段衬砌结构的截面最大拉应力分别为3.63、4.11和2.05 MPa,且破坏位置均在冻结区坡板的中下部,与现场监测渠道冰冻破坏分布规律吻合。据此,建议寒区冬季输水渠道控制运用中应尽量缩短结冰初期、流冰期时间,延长第3阶段稳定封冻期时间,同时应合理控制地下水位和冰盖厚度。研究结果可为寒区冬季输水渠道抗冰冻设计提供理论依据和分析方法。

关键词：衬砌渠道冰盖-结构-冻土协同作用冰-冻荷载弹性地基Winkler理论挠曲线微分方程

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CAD/CAE技术在钢闸门数字化设计中的应用

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水力发电 2019年第9期45卷 120-125页

作者：王文武王正中赵春龙翟超李岗西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心陕西杨凌712100 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司陕西西安710065

针对钢闸门传统设计工作中存在的设计方法不够合理,设计任务量大、效率低,设计与数字化工程建设需求脱节等问题,结合CAD/CAE技术与优化设计理念,深入探索了钢闸门数字化设计的新思路,形成了一套适用于钢闸门数字化设计的方法,并重点对... 详细信息

针对钢闸门传统设计工作中存在的设计方法不够合理,设计任务量大、效率低,设计与数字化工程建设需求脱节等问题,结合CAD/CAE技术与优化设计理念,深入探索了钢闸门数字化设计的新思路,形成了一套适用于钢闸门数字化设计的方法,并重点对其建模技术、模型转换技术及工程分析技术作了详细的阐述。在钢闸门模板数据库支持下,对某工程平面钢闸门进行数字化设计,在高效完成钢闸门三维参数化建模、有限元模型转换、结构计算及优化等设计内容的同时,最大程度实现了结构的安全性与经济性的统一。钢闸门数字化设计方法的应用有效提高了闸门的设计效率与质量,可为今后工程行业钢闸门数字化设计推广提供技术指导。

关键词：钢闸门数字化设计 CAD/CAE技术 BIM

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