上犹江溢流坝段闸墩裂缝成因和结构安全影响研究

采用材料力学和有限元数值仿真计算法,对始建于1955年的上犹江重力坝溢流坝段闸墩上的竖斜向和水平向裂缝的成因进行了研究。仿真计算表明,这些裂缝除了当时冷缝施工处理不好和墩内设置母线洞的设计缺陷外,主要是由施工期温度应力和运行期寒潮冷击与夏季低温库水泄洪冷击所致,并认为至今裂缝开裂程度基本已经稳定,对结构静力安全没有明显影响,但鉴于结构耐久性考虑,需要尽早进行灌浆加固处理,并要特别强调裂缝处理的防渗要求,防止墩内钢筋锈蚀所引起的混凝土破坏。     

基于XFEM的寒潮作用下水闸开裂性状分析

水闸普遍存在着可见和不可见的裂缝,带裂缝工作是水闸的常态,当受到寒潮的影响时,已有的细微裂缝会连通、扩展,甚至贯穿整个闸墩,严重影响结构的安全性和耐久性。扩展有限元法(XFEM)通过富集非连续位移模式,使得非连续位移场的表征独立于单元边界,可有效描述混凝土中的裂纹扩展。基于XFEM并结合热力耦合,研究了水闸在不同初始温度下,遭遇不同降温幅度及历时的寒潮作用时的渐进开裂破坏过程,并与某实际工程的开裂情况进行对比,数值模拟结果与现场情况基本吻合。研究结果表明,水闸遭遇寒潮时,靠近闸墩表面的温度与外界温度变化基本一致,靠近闸墩中心的温度变化较小,闸墩内外温差随着寒潮强度的增强而增大;闸墩混凝土的内表温差和约束是导致闸墩开裂的根本原因;裂缝分布在上下游墩头与底板相交的位置,随着寒潮强度的增强,裂缝与底板的夹角、长度及深度也随之增大,对水闸结构的不利影响也越大。因此,寒潮来临时应做好安全监测及混凝土防护工作,控制闸墩的温降以防止裂缝的开展。     

某泄洪排沙闸预应力边墩有限元计算分析

采用三维有限元方法,在不同荷载组合下,计算分析了预应力边墩在不对称荷载作用下闸墩颈部、锚块等关键部位的应力分布规律.结果显示:施加预应力可以解决承受大吨位弧门推力边墩的高拉应力状态;锚块受力基本合理,只在空腔前后出现较大拉应力,应根据结构受力状态进行配筋;闸墩的高拉应力区主要分布于闸墩颈部,但拉应力较小,能够满足预应力混凝土结构对拉应力的要求,闸墩结构安全.     

三河口拱坝底孔闸墩预应力锚索布置方案设计研究

三河口拱坝底孔是高水头、工作闸门承受大推力和出口闸墩为大悬臂的复杂受力结构,闸墩采用预应力结构,较大改善了闸墩的受力条件及应力状态。通过ANSYS三维有限元计算分析,对闸墩锚索的布置参数、张拉顺序、应力影响范围以及相互影响进行分析、评价,确定锚索布置的设计方案,并进一步对选定方案研究,验证设计方案的合理性。该研究成果将为类似深底孔设计及闸墩大悬臂结构高拱坝的应力分析提供一定参考依据。     

温度湿度耦合作用下的闸墩受力与开裂特性分析

水闸是常见的水工建筑物,闸墩部位受力情况复杂,容易出现变形和裂缝。鉴于闸墩裂缝主要由温度、混凝土干缩、湿度等因素导致,以2级建筑物为水闸工程为研究对象,建立三维有限元模型,分析施工期间闸墩的温度差和湿度场变化情况,研究温湿度共同作用下闸墩受力与开裂特性。研究表明,混凝土闸墩最大拉应力为1.04 MPa,出现在闸门槽附近。     

某水电站泄洪洞预应力闸墩三维有限元分析

文中结合丰满水电站工程设计中遇到的实际问题,以泄洪兼导流洞预应力闸墩为研究对象,利用大型有限元软件ANSYS,建立泄洪兼导流洞预应力闸墩三维有限元计算模型。计算分析了预应力闸墩在各种工况下的应力分布规律,提出结构受力的关键部位与受力特性。     

基于预应力实测资料的闸墩结构安全评估研究

针对闸墩中孔周边区域应力分布复杂的问题,进行三维有限元分析。为准确评估中孔闸墩结构运行期的安全性,根据整体拱坝模型计算结果,运用子模型方法,获取各种工况下中孔闸墩结构的局部边界条件,基于锚索测力计实测数据,建立考虑时效、外界温度及上游水位波动等影响的预应力回归模型。在此基础上,采用三维非线性有限元分析方法对西南某碾压混凝土拱坝中孔闸墩结构进行全面安全评价。计算结果表明:当前工作状态下,闸墩结构应力分布规律与设计状态基本相同,颈部最大法向应力为1.27 MPa,出现在左中孔右边墙位置,小于允许拉应力1.54 MPa,满足闸墩抗裂要求。     

基于子母模型联合反馈修正算法的闸墩温控防裂仿真分析

应用ANSYS软件,在运用APDL语言编制仿真程序的过程中将子母模型联合反馈修正算法应用于计算闸墩混凝土随时间变化的温度和应力,计算中在时间和空间上进行加密,计算一次子模型,就将结果反馈至母模型。采用该算法得到的温度场及应力场计算结果的精度均有所提高。在双台子河闸工程实例分析中应用此算法模拟出闸墩拆模后第105 d时受到寒潮作用导致闸墩表面开裂,与实际情况相符合,证明了在应用ANSYS进行仿真计算时运用该算法可以较为准确的模拟寒潮作用下闸墩的温度场及应力场。     

预应力闸墩结构体系优化设计分析

为确保预应力闸墩结构的正常安全运行,有必要对其应力和变形性态进行了解和把握,并在此基础上进行优化分析,以节约成本,改善结构性能。结合某水电站溢流坝预应力中墩结构,运用大型有限元分析软件ANSYS对其进行了三维线弹性计算,重点分析了各典型工况下闸墩关键部位的受力情况。通过不同荷载对闸墩颈部受力的影响分析可知,闸墩主要受自重、弧门推力及锚索预应力作用。通过对两种锚块混凝土强度C35和C40的计算分析可知,单纯提高锚块混凝土强度对于改善闸墩颈部受力效果不明显。通过对锚块底部与闸墩采用整体式连接和分离式连接两种方案进行对比计算可知,分离式连接对于正常蓄水双侧弧门关闭工况下颈部的受力比较有利,但对于单侧弧门推力作用工况则不利。     

丹江口溢流坝闸墩动力特性及抗震安全评价

利用丹江口溢流坝闸墩原型动力试验确定的自振特性及其相应的变位形态,分析了闸墩实际受力状况和支撑板的作用,对闸墩进行了抗震计算。针对动静力作用下的闸墩应力状况,对闸墩抗震的安全性作出了评价。     

水电站工作弧门预应力闸墩结构特性研究

水电站工作弧门预应力闸墩具有孔口尺寸大、水推力大等特点。为改善其受力状态，确保泄洪消能安全，设计通常采有预应力锚固技术。本文在简要介绍闸墩预应力锚索设计的基础上，运用三维有限元法对其位移及应力分布规律进行了研究。给出了预应力闸墩的几个主要受力特征。     

混凝土坝低温入仓致裂问题探讨

在大体积混凝土结构温度控制中常采取低温入仓措施来降低混凝土的最高温度,而低温入仓却会给下部已浇混凝土带来一些不利影响,低温入仓对下部已浇混凝土而言是一个冷击过程,会在其表面产生冷击拉应力,该拉应力过大时会导致下部混凝土的开裂,成为后期大坝冷却时出现宏观长大裂缝的诱因。同时部分低温入仓应力会残留于混凝土内,与后期温降应力迭加,也可能引起混凝土开裂。本文对低温入仓引起的冷击温度应力进行分析,并研究了其残余应力对后期应力的影响,从而提出了合理的措施以避免低温入仓引起裂缝。     

不同U型锚索布置对预应力闸墩应力与变形的影响

针对如何选用白鹤滩底孔预应力锚索布置方案,采用三维有限元子模型方法对不同U型预应力锚索布置方案下的白鹤滩6#底孔闸墩进行应力和位移分析,初步拟定了两种预应力锚索布置方案。综合比较两种方案下典型剖面及典型剖面上的特征点应力变形情况,判断不同预应力锚索布置方案下闸墩结构的安全性。研究结果表明:对于两种不同的锚索布置方案来说,闸墩与大梁结构的应力与位移均未出现不连续和突变,符合工程经验与应力标准,且方案1的安全性能略优于方案2。其研究成果可为布置锚索的大推力预应力闸墩设计提供参考。     

重力坝高闸墩抗震特性分析

强震作用下重力坝上部闸墩动应力较大。结合工程实例,分别采用振型分解反应谱法和时程法,对不同方案重力坝高闸墩整体结构和墩墙结构的动力特性进行对比研究。研究结果表明,增加墩墙刚度的同时减小坝体溢流堰附近的质量,可有效减小地震作用下上部墩墙大应力区域,减震效果明显。     

故县水库溢流坝泄洪闸闸墩裂缝分析及处理

故县大坝16#坝段闸墩出现两条贯穿裂缝,其中一条穿越大多数放射钢筋,裂缝已大大改变该闸墩的受力状态,对闸墩的稳定构成一定威胁。在超声波探测法探测了裂缝的深度及走向的基础上,初步探讨了裂缝形成的原因,并用有限元法对闸墩各种工况下的应力进行了分析。结果表明:16#坝段闸墩的裂缝主要由施工期混凝土浇筑时的温控、养护措施不到位或上下层混凝土浇筑时间差较大等因素引起,并在温度反复升降作用下不断扩展。可采用环氧浆液对闸墩的裂缝进行压力灌浆处理,保证闸墩的使用安全。     

两种锚固型式下大推力预应力闸墩有限元分析

由于泄水量的增大、工作水头的提高以及泄水孔尺寸的不断扩大,预应力技术成为改善大推力弧门支撑结构应力状态的有效途径。在典型工况下采用三维有限元方法,分析对比工程中常见的交叉式和平行式布置预应力主锚索条件下闸墩颈部应力状态。结果表明:两种锚索布置都能极为有效的改善大推力闸墩颈部的受力状态,其中交叉式主锚索更能降低闸墩颈部的拉应力,确保弧门的安全运行。     

材料老化对水闸抗震性能的影响分析

为研究不同物理力学特性的混凝土材料对水闸抗震性能的影响,建立三维水闸有限元模型,采用对地震波作用下的水闸动力响应规律进行研究。结果表明：闸墩与闸室底板、检修桥等结构连接位置为水闸抗震的薄弱环节。水闸在横向地震波作用下与两侧岸坡土体发生相互作用,相对位移及拉应力达到最大。筑闸混凝土混凝土弹性模量越大,水闸相对位移越小,但结构拉应力越大;混凝土密度越小,相对位移及拉应力均较小。研究结果为水闸抗震设计提供参考。     

空腔锚块式预应力闸墩结构受力性能试验研究

 由于闸墩结构设计受颈部应力状态制约,预应力技术成为改善大型弧门闸墩结构受力性能的重要措施。锚块结构特征及其对颈部受力的影响是大型弧门闸墩结构设计时需要考虑的主要问题。利用结构仿真模型试验,以蒲石河电站排沙闸预应力闸墩为例,研究了锚块内设置空腔引起的颈部抗裂性能、锚块内应力分布的变化,讨论了空腔锚块对预应力闸墩结构受力性能的影响。试验结果表明,新型空腔式锚块设计方案能够有效地提高预应力闸墩颈部的预压效果,提高闸墩颈部抗裂性能。     

非对称荷载作用下不同配筋方式对闸墩工作性能的影响研究

型钢混凝土闸墩是一种新型闸墩,其结构设计研究对水电站建设具有重要意义。文章以庄里水库溢洪道闸墩为例,利用数值模拟结合理论研究的方法对不同配筋方式下溢流坝闸墩位移和应力的影响进行了分析。研究结果显示:配筋和增加钢筋直径可有效改善闸墩的受力及变形情况,拉应力随配筋间距呈先减后增的整体趋势; D32@50为该型钢混凝土闸墩两侧配筋的最佳方式。     

基于应力吸收层的水闸闸墩温度应力试验

为减少闸墩温度应力,提出了在水闸底板与闸墩间连接处设置一层橡胶混凝土作为应力吸收层的新措施。以山东省仁河水库泄洪闸为例,测试采用改良措施后的闸墩中心位置的温度及其应力发现:设置有应力吸收层的闸墩中心温度与普通混凝土闸墩基本一致;混凝土温度应力小于普通混凝土闸墩,最大温度应力为3.0 MPa,为普通闸墩的62.5%。相关措施可供其他类似工程借鉴。