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水闸结构可靠度分析及其寿命预测研究

杨立举

（安徽省临淮岗洪水控制工程管理局，安徽六安237400）

摘要：为了有效提高水闸结构可靠度，保证水闸工程的安全投入使用，通过有限元软件对中国

东部沿海地区某一水闸完成三维有限元建模，并分析其结构可靠度，对其投入使用寿命进行预测。

结果表明，闸墩碳化寿命为108~123年，碳化剩余寿命为101~116年。胸墙混凝土碳化寿命为

112~121年，碳化剩余寿命为105~114年，二者混凝土较长的使用年限说明结构质量良好。水闸

结构可靠度分析及其寿命预测能够及时反馈信息，以便在必要时对水闸进行维修维护，或优化结构

设计，以提高其可靠性和使用寿命。这对于水利建筑工程领域具有一定的借鉴意义。

关键词：水闸结构；可靠度；寿命预测；有限元分析；混凝土

合154.1亿m33

，平均年径流量39.6亿m，折合径流深

0引言

260.7mm，径流系数为0.26。水闸主要由混凝土、钢

在水利工程中，水闸起到挡水、泄水或取水的功筋等材料组成，闸室结构布置包括底板、闸门、闸墩、

能性作用，在农田灌溉、水利工程、船舶交通和城市胸墙、工作桥和交通桥等部分。水闸闸身总净宽为

供水等领域广泛应用。目前，全国已建成流量5m3/s105m，垂直水流方向122.76m，顺水流方向16.5m。

及以上水闸100321座，在防洪减灾、优化水资源配闸门采用钢筋混凝土，通航孔和泄洪孔分别设置1孔

置、改善生态环境等方面经济社会效益巨大。但由于1号和6孔2—7号，孔净宽均为15m，并且均有宽

经济和技术条件不足，水闸大多存在质量较差、配套为15.5m、高为5.9m的下扉门门叶。闸室结构材料

设施不完善、标准偏低等问题[1]。水闸在建成后经过中，均采用C30混凝土，底板、闸墩和胸墙弹性模量

长期运行，加上缺乏维修养护和有效管理，安全运行43

为3.00×10，泊松比为0.167，重度为25.0kN/m。研

存在风险，具有较多的安全隐患。在水闸工程结构中究的地基沿垂直水流的方向为274.5m，顺水流方向为

由于复杂的构造，投入使用的状态影响因素存在较多49.5m，深度为32.5m。地基土有粉砂夹轻粉质砂壤

随机性，如荷载和材料性能变化[2]。而工程结构完成土、粉砂和粉质黏土夹轻粉质壤土三种类型，压缩模

预定功能的能力通过概率度量，即结构可靠度，这个量分别为4.97、8.81、5.78MPa，泊松比均为0.3。

方法特点是所有的结构都有破坏的可能性，而结构设

2水闸结构有限元模型及其寿命预测分析

计中结构抗力大于荷载效应，并且与结构相关的变量

均为随机变量[3]。因此，本文通过有限元软件对中国2.1建立水闸结构有限元模型和结构可靠度分析

东部沿海地区某一水闸完成三维有限元建模，并利用通用非线性有限元仿真分析软件阿巴克斯

蒙特卡罗模拟方法分析其结构可靠度，并进行水闸结（Abaqus）可以实现多样类型的工程模拟，能够提供全

构的使用寿命预测，旨在快速高效确定水闸结构的安