[00131783]大型预应力U形薄壳渡槽结构分析及优化设计

华北水利水电学院等单位受黄委会勘测规划设计研究院、长委会长江勘测规划设计研究院、河南省水利勘测设计院、广东省东江-深圳供水改造工程总指挥部等单位的委托，承担了预应力U形薄壳渡槽结构分析及优化设计系列研究工作。该项目分别以南水北调中线工程穿越黄河、双洎河、漕河及东江-深圳供水改造工程等立体交叉输水工程中的预应力U形薄壳渡槽为研究背景，针对工程设计人员最关心的关键性的理论问题和技术问题，展开了长期、系统的研究工作，给出了预应力U形薄壳渡槽结构强度分析、结构刚度分析、结构稳定分析、结构动力特性分析及结构优化设计等方面的分析理论和方法。本系列研究工作，撰写研究报告5篇，公开发表研究论文8篇，研制出渡槽结构分析和优化设计计算机专用程序3套。U形薄壳渡槽主要结构特征是“薄壳结构”，本项研究针对U形薄壳渡槽这种结构特征开展了系统研究。首先提出了柱壳结构稳定分析的半解析有限元法，建立了结构稳定分析的半解析有限元数学模型，推导了稳定分析的特征方程，研制出渡槽结构局部稳定分析的WDF2程序，从而为渡槽结构局部稳定分析及稳定设计的计算机化，走出了一条新路子；针对U形槽结构整体稳定分析，提出了U形薄壳渡槽侧弯扭失稳问题分析的理论和计算模型，研制出结构整体稳定分析的WDF3程序；首次把最优化理论应用到预应力U形渡槽的设计中，建立了优化设计的结构模型和数学模型，研制了U形渡槽结构优化设计的通用计算程序（OPU），并结合CAD技术实现了U形渡槽的计算机自动化设计，为渡槽的合理设计提供了新理论和新方法；在三维有限元分析中，采用了先进的结构分析程序系统，实现了网格自动剖分及程序的交互执行等功能，绘出了薄壳结构应力矢量图，振动模态分析采用三维动画显示的先进技术，完成了U形薄壳渡槽结构振形的动态演示。该课题组通过多年系统的研究，合理地解决了预应力U形薄壳渡槽设计中的理论问题，研究成果得到了设计单位的认可，并在东江-深圳供水工程中得到了具体应用。工程应用证明： U形薄壳渡槽具有结构安全可靠、造型好、水利条件优越、结构重量轻、基础工程规模小、工程量少、工程投资低、施工方便、施工质量容易保证等优点。该项研究成果，总体达到了国际先进；在结构优化设计及结构稳定分析方面，处于国际领先水平。