强震作用下小湾拱坝横缝变形控制研究

在已有研究成果的基础上,以世界上第一高拱坝——292m高的小湾拱坝为工程背景,研究了横缝配筋的控制措施和高拱坝强震横缝变形控制的原则和分析方法,提出了考虑钢筋与坝体混凝土相互作用的横缝配筋三维动力非线性数值模型,对设计地震作用下的小湾拱坝进行了三维动力非线性分析,论证了该控制措施的有效性和可行性,并据此对小湾拱坝横缝配筋的布置进行了探讨,以期为高拱坝的强震控制提供有益的参考。     

小湾拱坝跨横缝抗震钢筋的优化布置分析

利用考虑横缝及跨横缝钢筋滑移的拱坝动力非线性模型,对设计地震荷载工况下的小湾拱坝进行了三维动力非线性有限元分析,研究了不同配筋率分布对跨缝钢筋的应力、滑移量及其控制横缝变形的影响。从控制措施的可靠性、经济性角度出发,建议选择相对合理的跨缝钢筋布置方案,为横缝配筋措施的初步设计和工程应用提供了有价值的参考。     

强震区高拱坝抗震措施比较

在拱坝横缝中,设置跨横缝钢筋和阻尼器,可以在一定程度上控制高拱坝在强震作用下的横缝开度,增强拱坝整体性。以国内某高拱坝为例,基于在大型商业有限元分析软件ABAQUS平台上二次开发的拱坝有限元模型,结合已有的计算成果,系统比较了设置跨横缝钢筋和阻尼器的抗震效果,提出了两种措施组合的方案,可供工程应用参考。     

高拱坝中的横缝抗震钢筋粘结滑移试验研究

结合小湾拱坝中的跨缝抗震钢筋 ,对动荷载下钢筋与混凝土的粘结滑移特性进行了试验研究 ,建立了粘结滑移本构关系 ,并用于非线性有限元分析 ,其正确性在与试验结果的对比中得到了验证。通过试验结果的分析 ,提出了相应的设计建议     

反复循环加载下拱坝横缝钢筋简化分析

在反复循环荷载下钢筋与混凝土之间粘结滑移研究的基础上,选择了比较合理的模型并对其进行了修正。根据修正的粘结滑移模型,对反复循环荷载下拱坝横缝钢筋滑移量,钢筋应力、粘结应力、钢筋受力段长度的变化规律进行了计算分析,初步揭示了在地震荷载作用下拱坝横缝钢筋的工作特性,并对拱坝横缝钢筋的工程应用提出一些建议。     

反复循环加载下拱坝横缝钢筋简化分析

在反复循环荷载下钢筋与混凝土之间粘结滑移研究的基础上 ,选择了比较合理的模型并对其进行了修正。根据修正的粘结滑移模型 ,对反复循环荷载下拱坝横缝钢筋滑移量、钢筋应力、粘结应力、钢筋受力段长度的变化规律进行了计算分析 ,初步揭示了在地震荷载作用下拱坝横缝钢筋的工作特性 ,并对拱坝横缝钢筋的工程应用提出了一些建议。     

小湾拱坝横缝配筋的非线性地震反应分析

小湾拱坝是待建的世界上最高的拱坝，由于强震作用下横缝张开对止水和坝体安全不利，是否采取横缝配筋的抗震加固措施是设计者迫切需要从理论上解决的问题。为此，首次将考虑横缝配筋的拱坝非线性分析模型应用于小湾拱坝横缝配筋的地震反应分析，计算结果表明，横向配筋可以显著控制拱坝横缝张开度、加强拱坝整体性并一定程度减缓由于横缝张开导致的梁向应力恶化的程度，但为防止梁向开裂，配置适量竖向钢筋仍属必要。     

基于增广Lagrange算法的高拱坝横缝开度接触仿真研究

把拱坝相邻坝段间的接触问题表示为一个标准的凸二次规划模型，利用增广Lagrange算法求解形如凸二次规划问题的非线性接触问题。对小湾高拱坝施工期横缝开度进行仿真计算，仿真中考虑了坝体材料的热力学性能、浇筑过程、环境温度变化、封拱和蓄水过程、接缝在灌浆前后的不同力学性质。仿真结果表明二期冷却结束时大部分灌区横缝开度满足灌浆要求，接缝灌浆后蓄水对横缝有压紧作用，不存在二次灌浆问题，不满足灌浆要求的灌区局部超冷2＂cN，横缝开度均可满足灌浆要求。     

小湾高拱坝整体及有横缝模型的动力试验研究

小湾高拱坝进行了整体及有横缝模型地震反应的动力试验,鉴于有横缝模型动力试验已属于非线性的范围,它对静力作用的始状态比较敏感,为此动力模型试验中包括了长度为坝高3倍的水库。伸缩横缝试验分为两种工况进行,首先在模型的拱冠梁及顶拱左右岸约1／4弧长处共设置了3条伸缩横缝,又在此基础上增添至5条横缝进行了动力试验。试验表明,正常高水位工况时,坝体横缝在地震作用下没有明显张开;低水位时,由于静水压力的减少,横缝则明显张开,坝体动拉应力明显减少,动梁应力则显著增加。坝体横缝的初始状态对横缝的张开度有重要影响,按设计配筋量加筋后,试验所得的横缝张开度减少约20％。     

强震区高拱坝抗震安全研究

从2008年"5.12"汶川大地震到今年"4.14"玉树地震,西部强震区高拱坝的抗震安全问题成为坝工界密切关注的问题。从我国强震区高拱坝抗震研究与工程建设中现存的问题出发,分析并总结了高拱坝地震破坏机理和高拱坝抗震设计理念(包括抗震评价准则、混凝土材料动力特性研究、高拱坝抗震设计分析等)的研究与发展,指出了当前高拱坝抗震较为适用的抗震措施,为今后的研究提供参考。     

抗震钢筋对高拱坝抗震性能的影响

依据小湾拱坝伸缩横缝间布设抗震钢筋方案、特点和要求,围绕抗震钢筋对大坝抗震的影响展开研究,内容包括抗震钢筋种类的选择、温度影响、配筋方式、部位、数量的布设、方案的效果检验及其优化、以及布设预应力钢束的效果等,并提出了这些抗震措施对坝体横缝张开度的影响。研究结果认为在提供上、下游面各布设6层含钒抗震钢筋能有效减小地震时上游横缝的张开度,采用穿越横缝的抗震钢筋是有效的抗震措施。     

高强抗震钢筋在小湾拱坝中的应用

依据小湾拱坝布设抗震钢筋方案、大坝伸缩横缝结构的特点和设计中对横缝抗震钢筋位置的要求,围绕抗震钢筋对大坝伸缩横缝抗震的影响展开研究,包括抗震钢筋牌号的选择、温度、埋设抗震钢筋对大坝横缝两侧附近区域的影响以及抗震钢筋在横缝两侧的配置方式、部位、数量等布设方案的研究。对设计方案中抗震钢筋对横缝张开度的作用效果进行检验,对抗震钢筋位置及在上、下游的层数等关系到小湾工程抗震措施具体实施中的重要问题分别进行了多方案分析和论证。     

强地震作用下高拱坝的破坏分析

结合混凝土静动态试验,根据连续损伤力学中能量等效原理和有效应力概念,建立了能反映混凝土动态情况下多轴弹塑性损伤破坏模型,该模型考虑了多轴损伤变量和应变率的影响。采用本文模型对强地震作用下(峰值地震加速度为0.557 5g)大岗山拱坝动力响应进行了数值模拟,获得地震全过程拱坝拉损伤、压损伤、总体损伤模式和应变率响应。分析表明,大坝破损的主要原因是由于混凝土的拉伸作用,所得到的大坝破坏模式和模型试验结果一致;大坝不同部位有着明显不同的率响应,其将很大程度上影响坝体混凝土的动态性能。借助损伤力学理论评价了大坝强震后的安全性,结果显示大坝在经历强震作用后总体损伤不大,但坝体存在抗震薄弱部位,设计和施工中应注意采取措施处理。     

基于变形加固理论的高拱坝坝踵开裂分析

本文运用变形加固理论从变形稳定的角度来研究高拱坝坝踵开裂问题。变形加固理论揭示了加固力、自承力、外荷载、结构稳定性、变形之间的内在关系,指出在给定荷载下,结构出现不平衡力的区域为破坏先导区域,为抑止破坏所需加固力就是不平衡力的反向力。研究指出,拱坝坝踵区为不平衡力集中区,分析坝踵区不平衡力的分布和方向将有助于认清坝踵开裂模式,不平衡力的大小可以作为坝踵开裂的评价指标。文末以小湾拱坝为实例进行了计算。     

高碾压混凝土拱坝中的构造缝问题研究

为了控制施工期温降引起的坝体裂缝，国内外已建成的几座碾压混凝土拱坝普遍设置了诱导缝。我国在国家“八五”科技攻关过程中深入研究了诱导缝的作用和合理布置问题，提出了诱导缝等效强度计算模型和断裂判别式以及有效作用范围估计方法，为诱导缝设计提供了理论依据，并对高碾压混凝土拱坝设置少量横缝的作用和适用条件提出了依据。     

考虑封拱灌浆过程的高拱坝施工期仿真分析

混凝土拱坝施工过程中,结构体系的转变、坝体材料性质的变化和外荷载的变化,对拱坝应力和横缝状态具有一定的影响,为此,采用有限元方法,考虑横缝的接触非线性,模拟了分期封拱灌浆过程和提前蓄水过程,并对某高拱坝施工期温度场、应力场和灌浆前横缝开度变化作了较为全面的计算预测分析。分析认为,水管冷却过程及冬季上游蓄水时可能产生较大拉应力,值得引起注意,另外还得到了缝宽在拱圈方向的分布规律。     

高拱坝地震反应与抗震安全性评价

目前，抗震设计已成为高地震烈度区修建特高拱坝的控制性技术难点。“八五”期间结合我国近期将开发的重点工程──高２９２ｍ的小湾拱坝对抗震设防概率标准及抗震可靠度设计；拱坝坝体－地基－库水动力相互作用分析的现场试验验证；伸缩横缝对高拱坝强震反应的影响；及小湾坝址场地对地震动的影响等问题进行了抗震技术攻关研究。在完成上述基本理论和试验研究的基础上，对小湾拱坝进行了分析，得到了在考虑上述因素后的地震反应，并对小湾拱坝的抗震安全性作出评估。