水闸是水利枢纽工程中一种重要的水工建筑物,无论是平原河道,还是山区水库,都常常需要修建水闸。然而,有不少工程,经过多年运行,暴露出了不少问题,其中混凝土建筑物裂缝就是较为普遍的现象。根据大量工程实例,已建成的水闸(包括水库泄洪闸)闸墩和经常暴露于大气中的水闸底板(例如分洪闸)产生裂缝的情况比较普遍。根据参考文献,在地基良好上部结构布置合理的情况下,外部荷载作用不是裂缝产生的主要原因,温度的变化,以及地基的强约束才是产生裂缝的主要原因。国内外许多调查资料表明,建筑物结构只有20%的裂缝源于荷载,而80%的裂缝却是由于温度、收缩、不均匀的变形引起的。所以在结构设计中,即使计算荷载下不发生拉应力,结构也会因为温度效应而出现拉应力。在例如桥梁、重力坝、拱坝等方面国内外都开展了对温度应力较为深入的研究,但在大型泄水闸方面国内外均未进行深入地研究。尤其在类似新疆这样温差比较大的寒冷地区,温度效应对结构的影响更为突出。因此,研究水闸结构温度应力具有重要的科学意义。本课题的研究方法为:第一、以热传导、热弹性基本理论为基础利用有限单元法的基本原理推导水闸温度场和温度应力计算的有限元列式。第二、根据热辐射和热对流的基本理论结合文献资料给出北疆寒区水闸结构设计中短期温度应力计算的边值条件。第三、以玛纳斯河流上某引水枢纽中的闸室单元作为分析对象,运用大型有限元分析软件ANSYS10.0对不考虑温度荷载时的结构应力场,夏日温升和冬日温降时的温度场以及考虑温度荷载时的结构应力场作分析计算。由计算所得结果可得到以下认识:一、短期温度变化使结构内部应力分布状态发生了很大的变化。夏季温升时,在温差荷载和其它荷载的共同作用下,在闸墩缝墩外侧、上游端闸墩与底板接触面附近、牛腿处附近结构应力均超过了设计极限强度。二、冬季降温时,温度应力比夏季温升时的温度应力对结构的影响更大。在闸门后面底板与闸墩接触面附近、上游端闸墩与底板接触面附近、牛腿处附近、闸墩上部水面处附近最大应力均超过了设计极限强度。三、在北疆寒区水闸的设计中,对温度应力的分析计算是非常必要的。