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船闸门及其邻接台结构的分析

  • 新奥尔良钢板防洪闸门的优化

  • LUSAS明显加快了结构的建模和分析

  • 满足紧凑的设计时间表


  总部位于华盛顿贝尔维尤的INCA工程有限公司使用LUSAS土木建筑软件,对由新奥尔良区的美国陆军工程兵(USACE)提供了两个赞助合同的防洪保护结构,进行了协助设计。通过使用LUSAS来协助设计漂浮的船闸门及其邻接台结构,可以优化闸门的设计,以满足设计标准和紧凑的设计时间表。


 概述


2005828日,破坏力极大的卡特里娜飓风,淹没了新奥尔良市区及其附近的几个防洪保护工程,造成了大量的财产损失以及许多人的死亡。为了防止将来洪水的发生, 防洪堤的飓风保护工程、抽水站和防洪闸门在城市的*危险部分都进行加强,从而建成了一个防洪等级在100年的保护工程。


INCA的参与

Segnette支流抽水站上的过渡期防洪闸门,以及杰斐逊教区运河沿岸的防洪大堤和闸门,仅仅是USACE的众多合同项目中的两个,这些项目当前正在被设计或建造。对于Segnette支流抽水站,INCA设计了一个30英尺宽的垂直自动闸门,该闸门既可以通过电力运行,也可以使用一个省力装备用人工来控制。对于运河,INCA设计了一个漂浮的船闸门,在洪水来临前可以将该闸门从停泊位置移动到接近洪水爆发的位置。在闸门之间,INCA也设计了一系列的“A-框架”,用来提供侧向的约束。据估计这两个工程的建造将花费$20,000,000左右。


船闸门及其邻接台

运河上的船闸门邻接台是由HP14x117型钢桩,支撑着一个“3400 x1600 x45”的厚混凝土桩帽。钢筋支柱被建立并锚固在桩帽上,来支撑钢墙框架构件,该构件包含了厚度在1/2"1"之间变化的钢板。闸门有一个45英尺的开口,基石的海拔在-8,静止水平面的海拔在9。船闸门大约15英尺宽,47英尺长。当在关闭的位置,闸门用压载物向下压制住,并有两个钢筋台框架支撑住。


LUSAS建模

钢筋台的所有结构特征被组合为一个LUSAS模型,使用梁、壳和实体单元来近似地模拟每个结构单元。“组”工具的使用可以很容易的隔离每一个结构单元,方便模型的显示和建模,也可以根据用户的选择来显示设置过的属性,例如当检查钢板厚度设置的正确性时。高位的静态水平面、闸门、船和冲击荷载都将被考虑在线性的静态分析中。一个单独的LUSAS模型被用来分析漂浮船上由于水压力引起的内力。


                

   桩支架建模               具有桩帽的闸门台(蓝色)、钢支承

               及墙体(绿色)的LUSAS建模

显示邻接台钢板厚度的彩色图


闸门台结构上的典型荷载组合应力


INCA的结构工程师David Stensby说:“船闸门设计是在一个很紧凑的时间表下进行的。邻接台结构的不同的单元可以都在同一个LUSAS模型中被建模,这对我们是非常有用的,因为事实上这能够精确地模拟在船模型上的水压力荷载。”


结果

每个工况的结构可以被研究,荷载组合可以被创建,用于获得自重、闸门、洪水和冲击荷载的不同组合的组合效应。对于感兴趣的截面,LUSAS的截面切片工具也可以用来检查其局部的应力。David Stensby证实了结果的有用性:“从LUSAS模型中获得的应力和变形,可以帮助我们调整闸门的设计,以满足设计标准。”


INCA的项目主管James Costello归纳如下:“LUSAS非常适合这种钢闸门闭合结构的建模和分析,它帮助我们满足了紧凑的设计时间表。和我们以前用其它分析软件建模相似结构相比,使用LUSAS建模这个结构所花费的时间大大地减少了。”


船闸门的LUSAS模型使用的船闸门钢板厚度
(为求清晰,上游和夹板没有被显示)
结构中典型的荷载组合应力


" LUSAS非常适合这种钢闸门闭合结构的建模和分析,它帮助我们满足了紧凑的设计时间表。和我们以前用其它分析软件建模相似结构相比,使用LUSAS建模这个结构所花费的时间被大大地减少了。"

INCA工程有限公司项目主管:James Costello


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