泄洪闸闸墩结构有限元分析及其加固措施研究

摘要

水利工程混凝土闸墩出现裂缝的现象普遍存在。闸墩裂缝的产生和发展往往是由多种因素的共同作用而导致的，但也可能由仅仅一种原因就能产生裂缝。长期以来，工程界普遍认为闸墩内的应力并不大，因此一般很少对闸墩进行应力分析计算。但在实际工程中，常在闸墩中部发现裂缝，以由底部向上延伸的竖向贯穿性裂缝居多。所以对闸墩进行应力分析、计算墩体的受力条件是十分必要的。本文以国内某水利水电枢纽工程为背景，基于abaqus大型有限元商业分析软件，对闸墩加固前、加固后分别建模并进行非线性有限元分析。通过闸墩应力分析，查找闸墩开裂的原因，并提出加固措施，然后对加固后的闸墩进行有限元分析，与加固前的应力分布状态进行对比，分析加固效果，为类似工程的设计及加固提供参考。主要内容及结论如下:
　　1.阐述了国内外闸墩应力分析方法的研究进展，介绍了闸墩裂缝产生的原因，并对现有闸墩加固方法进行了详细的论述。
　　2.搜集依托工程的工程概况、水文气象条件以及工程地质情况，对闸墩裂缝在工程中的布置分布和现场检测的主要结论进行了阐述，对闸墩裂缝的现状进行了统计分析，提出闸墩加固的必要性。
　　3.利用abaqus软件建立泄洪闸闸墩三维有限元模型，计算四种工况下闸墩稳定性，并对混凝土弹性力学模型、弹塑性模型条件下四种工况的计算结果进行对比分析，验证了闸墩混凝土弹塑性模型的合理性和计算结果的准确性。
　　4.根据三维有限元模型计算成果，根据《水工混凝土结构设计规范》，设计闸墩的加固方案，提出了采用灌缝胶对裂缝进行封闭处理，并用浅槽外粘条形钢板加固扇形钢筋，提高扇形区域的抗拉能力。
　　5.采用abaqus大型有限元软件在前期模型的基础上，按照加固设计方案，将加固钢板装配到模型中，分析闸墩结构在加固前后的应力位移变化情况和承载能力，进而对加固后闸墩的工作性态进行评价。
　　6.通过对依托工程泄洪闸闸墩裂缝处理的计算分析得知;薄壁闸墩通过裂缝处理，外部粘钢能有效地控制裂缝的发展，为实际工程的建设和运行提供科学的指导作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 闸墩应力分析方法研究现状

1．3 闸墩裂缝产生原因分析

1．4 闸墩开裂加固方法研究现状

1．5 闸墩加固需要研究的问题

1．6 本文研究内容

1．7 研究方法

1．8 研究技术路线

第二章 工程概况

2．1 工程概况

2．1．1 概述

2．1．2 水文气象、设计洪水

2．1．3 工程地质

2．1．4 水工建筑物

2．1．5 泄水系统

2．1．6 引水发电系统

2．1．7 船闸系统

2．2 裂缝现状统计成果

2．3 本章小结

第三章 闸墩应力计算基本理论

3．1 应力计算的材料力学法

3．2 有限元法

3．2．1 有限元基本理论

3．3．2 有限元程序ABAQUS介绍

3．2 本章小结

第四章 加固前闸墩应力状态分析

4．1 有限元模型建立

4．1．1 基本假定

4．1．2 计算范围

4．1．3 边界条件

4．1．4 计算模型

4．2 计算工况及荷载组合

4．3 材料本构模型选取

4．3．1 线弹性本构模型

4．3．2 弹塑性本构模型

4．3．3 计算结果分析

4．4 闸墩三维模型数值计算研究

4．4．1 加固前闸墩受力分析

4．4．2 闸墩混凝土裂缝开裂机理

4．5 本章小结

第五章 闸墩加固方案

5．1 闸墩补强加固方案的选择

5．2 闸墩粘钢工艺过程

5．2．1 支座牛腿的周边处理

5．2．2 钢板条粘贴施工工艺

5．2．3 钢板条粘贴施工步骤以及注意事项

5．3 本章小结

第六章 加固效果分析

6．1 加固后的有限元模型

6．2 加固后闸墩三维模型数值计算研究

6．3 本章小结

第七章 加固效果检测评价

7．1 检测方案的确定

7．2 检测数据分析与整理

7．2．1 工况一：两侧加载两侧卸载

7．2．2 工况二：两侧加载右侧卸载

7．2．3 工况三：两侧加载左侧卸载到两侧卸载

7．3 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

致谢

读研期间发表的论文及参加的科研项目