拱壩泄洪中孔下游懸臂式閘墩開裂成因分析.pdf

1、中孔下游懸臂閘墩是拱壩壩體結(jié)構(gòu)的重要組成部分，不僅收縮水流，方便水流控制，且作為支撐大梁的附著結(jié)構(gòu)，承擔(dān)弧形閘門傳遞的巨大水推力，但由于受到溢流寬度的限制，閘墩斷面尺寸不可能設(shè)計過大，導(dǎo)致在整個混凝土閘墩墻面上形成大面積的拉應(yīng)力區(qū)，尤其是閘室邊墻與下游壩面接觸部位處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，而混凝土是一種抗壓不抗拉的脆性材料，使得拱壩中孔下游懸臂閘墩上存在較大的開裂風(fēng)險。
　　開裂的混凝土拱壩中孔下游懸臂閘墩，會使得閘墩鋼筋暴露在空氣中，

2、與潮濕空氣接觸，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，降低鋼筋的承載能力，同時也會引起拱壩中孔下游懸臂閘墩產(chǎn)生過大的變形，造成弧形閘門無法正常啟閉，危害大壩安全。因此，本文以拱壩中孔下游懸臂閘墩開裂為研究對象，對開裂成因進(jìn)行分析。主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）建立某實際工程的帶孔口拱壩三維有限元模型，應(yīng)用Abaqus有限元計算軟件，分析各個工況下大壩在自重荷載、預(yù)應(yīng)力、水荷載、淤沙壓力與溫度荷載作用下所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與位移，根據(jù)拱壩中孔下游懸臂閘墩的應(yīng)力

3、分析選出了校核洪水位的溫升工況最不利荷載組合工況，并利用子模型有限單元法與常規(guī)有限單元法進(jìn)行對比分析，排除網(wǎng)格的劃分對計算結(jié)果的影響。該分析為考慮混凝土計算力學(xué)參數(shù)對閘墩開裂的影響選擇合適的計算工況做鋪墊。
　　（2）考慮到拱壩中孔閘墩是復(fù)雜的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，且在運(yùn)行期長期受到外部環(huán)境的影響，閘墩混凝土的等效彈性模量和容重很難確定。本文擬定0.6E0~1.4E0以及0.6G0~1.4G0，利用非線性有限單元法，計算最不利荷載組合工

4、況條件下拱壩中孔下游懸臂閘墩的最大拉應(yīng)力和等效豎向應(yīng)變以及位移，對比分析得到等效彈性模量和容重的不確定性對拱壩中孔下游懸臂閘墩開裂的影響較小，不能作為拱壩中孔下游懸臂閘墩開裂的主要原因。
　?。?）溫度應(yīng)力一直是影響混凝土開裂的重要因素，本文建立了高溫季節(jié)庫底冷水下泄的溫度場仿真模型，計算得到該條件下中孔閘墩的溫度分布情況，并通過回代至應(yīng)力場計算，得到拱壩中孔下游懸臂閘墩的應(yīng)力以及等效塑性應(yīng)變，發(fā)現(xiàn)混凝土有較為明顯的塑性屈服區(qū)域，