拱壩泄洪中孔下游懸臂式閘墩開(kāi)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(mén)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(jì)過(guò)大，導(dǎo)致在整個(gè)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(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。
　　開(kāi)裂的混凝土拱壩中孔下游懸臂閘墩，會(huì)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(shí)也會(huì)引起拱壩中孔下游懸臂閘墩產(chǎn)生過(guò)大的變形，造成弧形閘門(mén)無(wú)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(kāi)裂為研究對(duì)象，對(duì)開(kāi)裂成因進(jìn)行分析。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）建立某實(shí)際工程的帶孔口拱壩三維有限元模型，應(yīng)用Abaqus有限元計(jì)算軟件，分析各個(gè)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(duì)比分析，排除網(wǎng)格的劃分對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。該分析為考慮混凝土計(jì)算力學(xué)參數(shù)對(duì)閘墩開(kāi)裂的影響選擇合適的計(jì)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(zhǎng)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(jì)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(duì)比分析得到等效彈性模量和容重的不確定性對(duì)拱壩中孔下游懸臂閘墩開(kāi)裂的影響較小，不能作為拱壩中孔下游懸臂閘墩開(kāi)裂的主要原因。
　?。?）溫度應(yīng)力一直是影響混凝土開(kāi)裂的重要因素，本文建立了高溫季節(jié)庫(kù)底冷水下泄的溫度場(chǎng)仿真模型，計(jì)算得到該條件下中孔閘墩的溫度分布情況，并通過(guò)回代至應(yīng)力場(chǎng)計(jì)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，