型钢布设方式对型钢混凝土闸墩工作性能的影响研究

为了确定型钢混凝土闸墩结构内最优的型钢布设形式,利用ANSYS软件对闸墩进行有限元数值计算分析。基于两种不同计算工况下3种不同数量型钢布设方式所得到的有关型钢位移、闸墩裂缝范围、闸墩应力以及型钢应力的计算结果,得出型钢布设根数为3根时各方面工作性能均较优。在此基础上继续研究型钢布设角度和长度对闸墩工作性能的影响,最终得出在3根型钢布设时,型钢之间的夹角为12.5°、型钢长度为一长两短的布设方式最为理想。研究成果可为型钢混凝土闸墩结构的设计提供理论支撑。     

型钢混凝土闸墩的时变可靠度分析

型钢混凝土闸墩是一种刚度大、承载力高的新型闸墩结构.为了研究型钢混凝土闸墩的时变可靠度,基于结构可靠度理论,把时间作为变量,将混凝土的抗压强度作为随时间变化的参数,以10年作为一个时间点,利用ANSYS概率设计模块中的响应面法拟合出响应面方程,结合JC法计算出型钢混凝土闸墩的可靠指标,研究其在设计基准期内的可靠指标的变化趋势,通过灵敏度图分析各个参数对闸墩可靠度的影响.结果表明:在设计基准期内,型钢混凝土闸墩在对称和非对称工况荷载作用下的可靠度变化趋势均是先增大再减小,总体变化趋势是减少的.闸墩在对称工况荷载作用下20～30年的可靠指标下降较快,非对称工况荷载下则在10～20年期间下降较快.随着时间和抗力的变化,非对称工况荷载下的闸墩可靠度减小的速度较快,应尽量减少闸墩在非对称工况下运行的时间.     

基于内聚力模型的型钢混凝土闸墩开裂数值模拟研究

基于内聚力理论并结合有限元法，以邕宁水利枢纽拦河闸坝为例，分析了闸墩的开裂和裂纹分布，获得了闸墩开裂荷载、初始裂纹位置、开裂范围和裂纹宽度等局部信息。研究表明，型钢混凝土闸墩的裂纹最先在闸门挡水侧牛腿的上、下角点产生，随着施加荷载增大，牛腿闸门支撑面与墩体交线布满裂纹，并从上、下角点沿着墩体和牛腿支座上、下交线扩展；在对称荷载和非对称荷载作用下，型钢混凝土闸墩的开裂荷载/设计荷载分别约为0.656和0.624;1倍设计荷载作用下的最大裂纹宽度均小于0.3 mm,型钢混凝土闸墩的抗裂性能满足相关规范对结构裂纹宽度限值的规定。     

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。     

考虑黏结滑移的型钢混凝土弧形门闸墩型钢锚固长度研究

为探讨确定型钢混凝土弧形门闸墩型钢锚固长度的方法,在以往研究型钢混凝土黏结性能试验成果的基础上,建立了型钢混凝土闸墩的型钢与混凝土黏结滑移本构关系,并参照黏结型锚杆的"中性点"理论来定义型钢的锚固段,建立了型钢混凝土闸墩有限元模型,分析不同的型钢锚固长度对闸墩工作性能影响。通过运用模拟退火算法准则结合ANSYS软件自带的参数化设计语言(APDL)编写程序,求解以混凝土强度、型钢配钢量和保护层厚度为影响因素的型钢混凝土闸墩型钢的最短锚固长度。研究表明:以闸墩型钢受拉屈服和锚固失效同时出现为限定条件,通过回归分析建立的以闸墩混凝土强度、型钢配钢量和混凝土保护层厚度为变量的型钢锚固长度下限计算公式是基本合理的。     

预应力型钢超高强混凝土梁抗弯性能有限元分析

为进一步研究预应力型钢超高强混凝土梁的抗弯性能,利用ABAQUS对预应力型钢超高强混凝土梁进行数值分析。模型计算所得荷载-位移曲线与试验结果基本吻合,验证了有限元模型的正确性。结果表明,增加纵向受拉钢筋配筋率对混凝土开裂几乎没有影响,但使梁的屈服荷载和极限荷载均增加;型钢向下偏移,梁的屈服荷载和极限荷载增加;型钢向上偏移虽不能提高构件的承载力,但能改善梁的延性。增加预应力筋配筋率能延缓构件的开裂。     

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。     

基于能量理论的混凝土梁裂缝口张开位移分析

混凝土结构在未使用之前往往已经存在裂缝,在外荷载作用下,混凝土内部微裂缝会不断产生、扩展,成为混凝土破坏的根源,因此有必要计算混凝土已有裂缝口的张开位移。应用基于能量理论的裂缝扩展准则和虚拟裂缝模型,通过编程来模拟混凝土梁混合裂缝的扩展,对于混凝土梁裂缝口张开位移的计算是有效的;切口深度增大时,裂缝口张开位移增大;弹性模量增大时,裂缝口张开位移减小,混凝土的抗裂性能得到加强。     

闸墩混凝土温度裂缝及预防措施

对闸墩混凝土的温控和防裂进行了研究，指出闸墩混凝土温度裂缝影响因素主要有混凝土材料性能、气温骤降、闸墩尺寸、浇筑层厚度、浇筑温度、间歇时间、拆模后混凝土表面保护措施、浇筑仓面保护方式、通水冷却方式等。从控制温度、改善约束条件、增强混凝土抗裂性能等方面，提出了防止闸墩混凝土裂缝、减小温度应力的措施。     

自密实轻骨料混凝土断裂全过程分析

为研究自密实轻骨料混凝土的断裂特性,引入以起裂断裂韧度为参数的裂缝扩展准则,采用数值方法分析了自密实轻骨料混凝土三点弯曲梁裂缝扩展的全过程,得到了不同缝高比的自密实轻骨料混凝土梁在三点荷载下的荷载-裂缝口张开位移曲线,并根据裂缝扩展准则,计算了自密实轻骨料混凝土的断裂过程区长度和裂缝扩展阻力曲线。结果表明:试验和计算的荷载-裂缝口张开位移曲线吻合良好,验证了裂缝扩展准则的正确性;试验断裂过程区长度随着裂缝增长先增大,达到完整断裂过程区长度后减小;自密实轻骨料混凝土的裂缝阻力随着裂缝长度增加而不断增大,初始缝高比对裂缝扩展阻力曲线数值和形状的影响并不明显。     

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。     

钢板混凝土复合加固铁路重力式桥墩抗震性能研究

为探究钢板混凝土复合加固震后铁路重力式桥墩的抗震性能,制作配筋率为0.5%的桥墩缩尺模型进行拟静力试验。将模型墩底破坏区域采用钢板混凝土复合加固,对加固后的桥墩模型通过周期往复荷载试验来研究桥墩破坏形态,从滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化及位移延性等参数分析其抗震性能,并建立有限元模型进行验证。试验结果表明:（1）模型试件中钢板加固桥墩模型墩身部分作为过渡区,避免了加固面受集中力影响导致的破坏面转移;（2）采用钢板混凝土复合加固,可有效提高模型试件的刚度、耗能和承载能力,明显提升了桥墩的抗震能力。该加固方案可用于震后铁路重力式桥墩的修复。     

粘钢和碳纤维布技术在闸墩补强加固中的应用

本文主要对水工建筑物补强加固方法进行分析,并介绍了近尾洲水电站泄洪闸薄壁闸墩的加固处理。该加固工程采用外粘条形钢板和碳纤维布加固相结合的技术,对泄洪闸薄壁闸墩进行了加固处理。文中详细说明了施工步骤和工艺要求,且通过材料力学方法对处理后的闸墩进行了应力分析,有效解决了闸墩承载能力不足和混凝土开裂的问题,为其他类似加固工程提供了参考依据。     

糯扎渡新型预应力闸墩工作性态研究

糯扎渡水电站溢洪道最大泄量31318 m3/s,为国内排名第一、世界第四;泄洪水头182 m,泄洪功率55860 MW,均为世界第一位。闸室控制段共设8个15 m×20 m(宽×高)表孔,每孔均设检修门和弧形工作闸门,中墩厚4.5 m,最大弧门推力达38216 kN,设计采用预应力混凝土结构。文章采用ANSYS有限元软件对新型预应力闸门运行的各种工况进行了分析研究,得出了相应的结构变形和应力成果。     

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。     

里底水电站溢洪道竖井式预应力闸墩应力及应变分析

里底水电站溢流道闸墩承受的荷载以及结构较为复杂,为了准确了解堰体、闸墩、锚块在各典型运行工况下应力和变形情况, 本文采用三维有限元方法,对该水电站溢洪道控制段预应力中墩进行了整体空间应力与变形分析,得到典型工况下结构的整体位移、变形和结构各重要部位的应力分布规律.研究结果表明预应力闸墩具有整体稳定性,在各种荷载组合效应下整个墩体的变形和应力分布满足设计要求,并根据计算成果评价了混凝土结构的预应力效果.     

新型预应力混凝土衬砌压力隧洞技术研究

本文提出了一种新型预应力混凝土衬砌压力隧洞技术。该项技术根据厚壁圆筒承受内外水压力理论,利用围岩的抗力作用,采用外加预应力法,在围岩和衬砌混凝土之间安装一种圆环形扁千斤顶设备,根据需要利用水或水泥浆通过有限的径向位移对隧洞衬砌混凝土层外部人为地施加某一数值与分布的均布压应力,用以部分或全部抵消内水压力所产生的拉应力。其优点是省去了预应力钢筋,且施工简便。模拟试验证明,利用水或水泥浆施加预应力法是可行的。有限元计算结果表明,在隧洞衬砌混凝土外层间隔施加预应力时,衬砌混凝土中的应力能够满足工程需要。     

吊点布置对露顶式弧门支臂应力影响有限元分析

针对吊点布置对露顶式弧门支臂应力场分布及变形特性的影响,以某水电站的露顶式弧门为例,应用有限元分析软件ANSYS建立了仿真模型,计算了不同吊点布置情况下支臂应力场分布及变形特性,分析比较了不同吊点布置下的应力及变形差异。结果表明,对于露顶式弧形闸门,当吊点采用不同布置方式时,支臂的应力及变形存在较为明显的区别。该方法对优化露顶式弧门的吊点布置具有重要的参考价值。