基于挤压边墙技术水布垭面板堆石坝应力-应变研究

混凝土挤压边墙技术是混凝土面板堆石坝上游坡面施工的新方法。挤压边墙技术与传统方法相比,在施工方面有明显的先进性,新工艺对工程质量的提高、进度的加快以及增加导流度汛的安全性等方面产生的效果是显而易见的,且比传统工艺简化了施工工序,降低了施工费用。但是,在结构性能方面,挤压边墙对面板堆石坝特别是对面板的应力-应变的影响,目前还很不清楚。以水布垭面板堆石坝工程为对象,采用先进的网格离散技术和大型方程求解方法,研究了基于挤压边墙技术水布垭面板堆石坝的应力-应变。计算结果表明,挤压边墙不仅可以替代传统工艺中垫层料的超填、削坡、修整、碾压以及坡面防护等工序,加快了施工进度,使得施工质量得到了保证和提高,而且还对改善面板的受力状态是有利的,对面板的变形也起着改善作用。     

基于挤压边墙技术水布垭面板堆石坝应力–应变研究

混凝土挤压边墙技术是混凝土面板堆石坝上游坡面施工的新方法。挤压边墙技术与传统方法相比，在施工方面有明显的先进性，新工艺对工程质量的提高、进度的加快以及增加导流度汛的安全性等方面产生的效果是显而易见的，且比传统工艺简化了施工工序，降低了施工费用。但是，在结构性能方面，挤压边墙对面板堆石坝特别是对面板的应力–应变的影响，目前还很不清楚。以水布垭面板堆石坝工程为对象，采用先进的网格离散技术和大型方程求解方法，研究了基于挤压边墙技术水布垭面板堆石坝的应力–应变。计算结果表明，挤压边墙不仅可以替代传统工艺中垫层料的超填、削坡、修整、碾压以及坡面防护等工序，加快了施工进度，使得施工质量得到了保证和提高，而且还对改善面板的受力状态是有利的，对面板的变形也起着改善作用。     

面板堆石坝挤压式边墙的概化数值模型及应用

基于对挤压式边墙实际结构及工作性态分析,从合理性和简单性原则出发,建立了用于面板堆石坝应力位移有限元分析的挤压式边墙概化数值模型。该概化模型由等效板和等效接触面组成,分别采用了线弹性模型和清华接触面弹塑性损伤模型加以描述,其参数易于确定。采用该模型对某面板堆石坝应力变形进行了二三维有限元分析,并与原状模拟分析结果进行了对比。结果表明,概化数值模型能够合理地描述挤压式边墙的实际力学特性,且计算量较小,适用于面板堆石坝的应力变形有限元分析。     

高面板堆石坝面板脱空问题的接触力学分析

0　引　　言 yh如何合理地模拟混凝土面板和堆石体这两种变形特性相差较大的材料间的接触特性 ,一直是面板堆石坝有限元应力变形计算中的难点问题之一。目前通常的做法是将混凝土面板和堆石体当作同一连续体的两个不同材料分区 ,在两者之间设置接触面单元 ,常用的代表性的接触面单元主要有Goodman无厚度接触面单元、Desai薄层单元及接触摩擦单元等。上述接触面模型侧重于描述不同材料界面上的力学特性尤其是切向的摩擦特性 ,将它们用于描述不同材料接触界面上的位移不连续现象尤其是发生大规模滑移和脱开的情况时常难以得到合理的计算结果。本文分别将混凝土面板和堆石体当作独立的可变形接触体 ,采用直接约束法和库仑摩     

成屏混凝土面板堆石坝应力变形分析

采用二维弹塑性有限单元法对成屏混凝土面板堆石坝施工填筑期和水库蓄水运行期的应力变形进行了模拟分析 ,研究了不同阶段坝体的应力变形状态 ,特别是面板的应力变形以及周边缝变形。计算中考虑了坝体堆石料的流变特性 ,计算结果较为全面地反映了大坝的实际工作状况。     

超高面板堆石坝混凝土面板应力状态影响因素分析

面板受力特性与应力改善措施研究是高面板堆石坝研究的关键技术问题之一。影响面板受力特性的最主要因素是坝体变形,尤其是坝体后期变形。对于超高混凝土面板堆石坝,坝体后期变形大,易造成面板和面板垂直缝的挤压破坏。压型面板垂直缝采用一定宽度的柔性缝型式,可吸收压缩变形,消减面板轴向压应力。采取合理的坝体变形控制措施,合理的分缝和结构型式是改善超高混凝土面板堆石坝面板应力状态,避免或减少面板产生结构性裂缝的关键所在。     

高面板堆石坝施工期上游坡面变形规律研究

结合龙背湾水电站混凝土面板堆石坝工程施工实际情况,采用三维有限元分析方法模拟面板坝施工过程中挤压边墙的变形发展过程,分析研究面板堆石坝施工期坝体变形规律和受坝体变形而导致挤压边墙变形的发展规律。依据监测资料,对施工期挤压边墙变形进行了系统分析,并通过对比大坝三维仿真分析计算结果及实测数据,验证了对大坝进行三维仿真分析的合理性。根据大坝三维计算的结果对大坝填筑方案进行了优化,计算结果表明优化坝体填筑顺序后,施工期挤压边墙的变形有明显减小。     

高面板堆石坝软缝接触计算模型及其数值实现

设置软接触纵缝是防止高面板堆石坝发生面板挤压破损的常用工程措施。分析软缝填缝料的挤压特性,提出一个简单实用的双线性软缝挤压模型。通过将软缝概化为可发生相互贯入的软接触界面,提出基于计算接触力学的摄动Lagrange格式,发展相应的软缝接触算法,并采用三维接触分片试验验证算法的有效性。结合天生桥一级面板堆石坝进行计算分析,结果表明设置软缝可有效减低面板的坝轴向挤压应力。     

镶嵌式面板堆石坝应力应变特性研究

镶嵌式面板坝是解决高面板堆石坝安全性的一种新理念,结合某150 m面板坝工程,采用非线性平面有限元方法,系统研究了新坝型与常规面板坝应力应变特性的差异,并探讨了混凝土坝高度、顶面宽度和坡比对镶嵌式面板坝应力应变的影响。结果表明,镶嵌式面板坝与常规面板坝在堆石坝体沉降、周边缝变位等方面并没有显著改变,改变主要集中在堆石体上游向变形和面板的应力应变上,镶嵌式面板坝对堆石体上游向变形有一定抑制作用,由于缩短了面板长度,对面板静态应力应变状况有所改善,但对面板动态应力状况稍有不利。混凝土坝高度是控制性体型参数,需综合考虑其对堆石坝体、面板和混凝土坝自身应力变形以及接缝变位的影响,合理选择混凝土坝坝高。     

折线型面板堆石坝——改善面板应力状态

数值计算和原型观测结果都表明,面板堆石坝靠近两岸的面板拉应力较大,个别部位拉应力甚至超过面板混凝土抗拉强度设计值,由于混凝土抗拉强度只有抗压强度的6%⁹%,拉应力往往是确定面板混凝土标号乃至影响面板安全的控制因素。本文提出了以折线型面板替代直线型面板来减小面板上拉应力的新设想,通过某水电站面板堆石坝的三维有限元法数值计算表明采用折线型面板可以有效地减小面板的拉应力,同时面板垂直缝的张开变形和周边缝的张开变形也都减小。因此,对于高面板堆石坝或河谷形状较陡的面板堆石坝工程,采用折线型面板可能更有利于大坝的安全。     

覆盖层上面板堆石坝趾板与基础连接方式的研究

采用三维弹塑性有限元分析,对那兰水电站混凝土面板堆石坝趾板与基础的两种连接方式——刚性连接与柔性连接进行了比选及技术论证。不同连接方式下的坝体应力与变形计算结果表明:两种连接方式对坝体、坝基及混凝土面板的应力与变形影响很小;但对防渗墙和趾板的变形有较大影响,刚性连接下防渗墙与趾板的变形要小于柔性连接情况;两种连接方式下防渗墙和趾板的应力总体上没有很显著的差异,都在其应力允许范围内;两种连接方式下,面板周边缝变位差别较大,采用刚性连接方式时,面板周边缝有较大沉陷,甚至超过一般止水构件所能承受的变形能力。综合对比两种连接方式下的坝体应力、变形计算结果,建议采用柔性连接方式连接趾板与基础。     

斜交异形箱涵整体结构受力性能及变形规律

为研究斜交异形箱涵整体结构的受力性能及变形规律,针对西安站改工程地下大跨三孔斜交异形箱涵通道,利用有限元分析软件ABAQUS建立了箱涵结构的三维精细化有限元模型,重点研究了箱涵整体结构在正常状态下的受力特性和极限状态下的最终破坏模式; 通过分析箱涵各构件的应力分布、裂缝开展以及最大变形,对整体模型进行了可靠性分析,并提出了箱涵相关设计建议。结果表明:箱涵整体结构的变形主要来自顶板和底板的弯曲变形以及侧板的剪切变形,裂缝主要集中于顶板底侧和板墙隅角处; 正常使用状态下箱涵各构件最大变形以及钢筋和混凝土最大应力均远小于规范限值,符合设计要求; 箱涵在开洞部位、板墙隅角和斜交段钝角处易出现应力集中现象,应在相应位置加强构造措施; 当变形缝处斜裂缝沿箱涵纵向长度与箱涵跨度的比值K≥0.77时,建议采用斜交计算理论,当K<0.77时,建议采用正交计算理论,但应在斜交变形缝处增设补强钢筋进行加强,K值对三孔、板墙开洞、斜交等类似工程具有一定的参考价值。     

密肋复合墙体弹塑性宏模型研究

提出了以剪切变形为主的密肋复合墙体的弹塑性宏模型。宏模型由三根竖杆单元组成,分别模拟密肋复合墙体的墙板和边柱。宏模型以有限元为基础,但自由度比有限元模型少得多。在使用SAP 2000中的Link单元建立宏模型时,推导了Link单元的刚度矩阵,给出了相对转动中心高度的确定方法,并结合钢筋混凝土柱轴向恢复力模型和密肋复合墙体水平剪切恢复力模型,给出了Link单元塑性铰力-位移关系的计算公式。通过压、弯、剪复合作用下的密肋复合墙体的试验结果与计算结果比较表明,该计算模型原理清晰,具有较好的计算精度,适合于密肋壁板结构体系的非线性时程反应分析。     

小尺寸水泥混凝土路面的有限元分析

减小板的平面几何尺寸能够降低荷载与温度梯度作用下水泥路面板的荷载应力及温度应力,基于此本文提出农村公路小尺寸水泥混凝土路面的概念,建立了小尺寸水泥混凝土路面板的有限元分析模型,分析了标准轴载作用于临界荷位时,荷载应力随板长、板厚的变化关系,荷载应力随基层厚度、基层模量的变化关系,并且进行了小尺寸水泥混凝土路面温度应力的计算分析,在此基础上提出了典型的小尺寸水泥混凝土板的平面尺寸。     

预应力混凝土路面的荷载应力分析方法

针对预应力混凝土路面的特点,采用更符合工作状况的板底摩阻力的迭代处理模型,为合理反映无穷远处的位移为零而采用多向映射无界元,提出了用有限元–无界元耦合的方法计算预应力混凝土路面的应力和变形。计算结果表明,分析模型是正确的,该研究对预应力混凝土路面的设计与施工具有一定的参考价值。     

层间接触状况对水泥混凝土路面的影响

利用界面单元模拟了不同交通等级条件下水泥混凝土路面板与二灰碎石层的接触状态,重点讨论了层间接触面粘聚力和摩擦角变化时,路面板的弯沉和层间剪应力的变化规律。研究表明:当接触面粘聚力一定时,轮隙处最大垂直位移(弯沉)随接触面摩擦角的增加呈现不规则变化;当接触面摩擦角一定时,最大弯沉和板中最大拉应力基本上随粘聚力的增加而增加,但当粘聚力大于10kPa,最大弯沉和板中最大应力均不再发生变化;在各级交通等级条件下,层间接触面的剪应力很小,不会发生层间的剪切破坏,因此,在施工过程中企图以增大层间粘聚力来提高施工质量的作法是不可取的。     

Shear capacity of connect construction between corrugated steel web and concrete lower slab

为改善波形腹板与底板连接构造混凝土浇筑质量与耐久性能,提出翼缘钢板下移至混凝土板底面,开孔板连接件垂直焊接于波形钢板并贯穿钢筋的下包型连接构造。通过设计具有不同开孔板厚度、形状及焊接宽度等参数的连接构造试件,开展标准推出试验,研究其受剪承载力、抗剪刚度、剪切破坏模式以及相对滑移特征。在试验研究的基础上,考虑钢材理想弹塑性、混凝土塑性模型以及钢-混凝土界面非线性接触,建立适用连接构造受剪分析的精细有限元模型,分析结果与试验结果吻合较好。通过验证的有限元模型进行参数分析,结果表明,增加开孔钢板的厚度和混凝土的抗压强度可有效提高受剪承载力。最后,基于模型试验与有限元参数分析结果,提出布置开孔板连接的下包型构造受剪承载力的计算式,可对开孔钢板连接面外受剪承载力进行较为准确地预测。     

预应力张拉施工对空间框架结构内力的影响

利用SAP2000软件对预应力张拉施工过程进行分析可知，考虑钢筋混凝土框架、肋梁楼盖以及支撑体系共同工作后，预应力张拉对边跨框架梁及其附近楼板内力和变形影响较大；考虑楼板的约束作用，框架梁反拱值、梁端压缩值和梁混凝土应力等与实测值较接近；考虑肋梁楼盖的三维计算模型更能反映实际工作状况。     

超薄白色罩面(UTW)荷载应力分析

采用正交各向异性接触模型模拟UTW层间接触状况,利用ANSYS进行结构计算,发现纵缝边缘中部为板底拉应力的临界荷位,而板角处为层间剪应力的临界荷位;计算发现,增大界面抗剪能力．保持层间界面连续,可减小板底拉应力;超载是导致板开裂的一个重要原因。而且结构组合越弱。超载应力比就越大。文章同时分析了旧沥青面层厚度、模量、罩面板平面尺寸和厚度、基层模量及层间接触条件对板底拉应力或层间剪应力的影响规律,为UTW路面设计提供了一定的基础。