【摘 要】
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本课题是北京航空航天大学和北京市水利规划设计研究院合作的科研项目,目的是要研究解决现有箱形涵洞(箱涵)结构设计过程中存在的问题,并在此基础上实现1~3孔箱涵结构设计全
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本课题是北京航空航天大学和北京市水利规划设计研究院合作的科研项目,目的是要研究解决现有箱形涵洞(箱涵)结构设计过程中存在的问题,并在此基础上实现1~3孔箱涵结构设计全部内容的计算机辅助设计.课题的总体规划是:由北京市水利规划设计研究院提出基本要求和目标、提供相关的工程实例和数据,并对最后开发出的软件系统进行测试和鉴定;北京航空航天大学则进行相关理论的研究,并在此基础上进行箱涵结构设计CAD系统的开发.近期目标用以完成南水北调中线工程--北京段箱涵的结构设计任务,远期目标是将箱涵结构设计CAD系统进一步完善,在各个水利设计单位进行推广使用,使水工箱涵的结构设计形成统一的标准过程并实现其计算机辅助设计.我们希望通过本课题的研究能从设计理论和设计手段两方面推动箱涵结构设计工作向前发展.本文在总结国内外关于箱涵结构设计方面的研究成果的基础上,对现有箱涵结构设计过程中存在的有关的理论问题进行了深入的研究.首先,分析了现有内力计算方法在使用上的局限性,讨论了使用有限元软件计算水工箱涵内力时遇到的问题,在此基础上提出使用转角位移方程作为求解各种箱涵在多种工作情况下的内力的统一方法.在使用转角位移法求解箱涵内力的过程中,研究了构件角的确定方法,从而避免了出现平衡方程组不可解的情况,并对单孔、双孔、三孔箱涵在各种几何形状和荷载条件下给出了其内力计算的公式.另外,本文还针对水工箱涵的设计特点,研究了确定箱涵最不利工作情况的方法,利用计算机和可视化软件开发技术实现了箱涵弯矩包络图的求解.在新的水工结构设计规范中要求对挠度进行验算,使最大挠度值满足设计规范要求,为此本文提出了一种求解刚架结构挠度曲线以及确定最大挠度发生位置的方法,并以单孔箱涵为例说明了其求解过程.在研究了上述箱涵结构设计过程中存在的有关理论问题之后,我们对箱涵结构设计的全过程进行了系统化分析研究,初步给出了一个标准的箱涵结构设计过程,并在此基础上最终实现了箱涵结构设计的CAD系统.
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