横向连接型钢对型钢混凝土闸墩工作性能的影响研究

摘要

水利水电工程泄水建筑物中的弧形闸门闸墩是支撑弧形闸门并保证弧形闸门在水推力作用下安全运行的关键结构。随着水利水电事业的不断发展，大跨度、高水头的弧形闸门闸墩的应用不断增加，弧形闸门闸墩所承受的荷载也相应的加大。由于受到枢纽布置、投资等因素的制约，常规钢筋混凝土闸墩难以满足大推力作用下闸墩可靠运行而不加大闸墩尺寸及改变枢纽布置的要求。而预应力技术在闸墩上的应用，虽然部分解决了大推力弧门闸墩承载能力和控制混凝土开裂的问题，但预应力闸墩存在预应力锚索拉锚系数高、施工难度和施工耗材大等问题不易解决。初步的研究表明，利用型钢混凝土强度高、刚度大、延展性能好的优点，把弧形闸门闸墩设计成型钢混凝土结构是合理的，是解决大推力弧形闸门闸墩受力变形问题的有效途径之一，但目前国内外关于这方面的研究并不多，有很多问题有待进一步的深入研究。本文根据型钢混凝土的特点，在已有研究成果的基础之上，结合拟建工程实际情况开展型钢混凝土闸墩两侧型钢之间设置横向连接型钢对型钢混凝土闸墩工作性能的影响研究。
　　本文结合拟建闸墩的实际情况，在已有的研究成果基础上，利用有限元软件ANSYS建立有限元模型，从闸墩的位移、应力、裂缝的分布及承载能力等方面，论证型钢混凝土闸墩内两侧型钢之间设置横向连接型钢的合理性，在此基础上对横向连接型钢的布置形式、截面形式对型钢混凝土闸墩工作性能的影响开展研究。通过分析研究得出以下主要结论:
　　(1)在闸墩承受非对称荷载作用下，设置横向连接可以改善闸墩工作性能;在对称荷载作用下，型钢混凝土闸墩两侧型钢之间是否设置横向连接型钢对闸墩工作性能影响不明显。在非对称荷载作用下，以横向连接型钢总截面面积不变为原则，横向连接型钢的不同布置形式对闸墩的最大位移和应力都有影响。在牛腿型钢与墩体内型钢交接处及牛腿颈部处分别布置一根连接型钢的布置方案对提高闸墩的承载能力最有利。
　　(2)设置横向连接型钢有利于提高闸墩初始裂缝荷载，在牛腿型钢与墩体内型钢交接处及牛腿颈部处分别布置一根连接型钢的布置方案对于提高闸墩初始裂缝荷载最有利。
　　(3)横向连接型钢采用工字型、T型、槽型截面时，在相同荷载作用下，相对而言，工字型截面型钢闸墩的最大拉应力、最大位移均最小，更适合用作横向连接型钢。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 型钢混凝土结构的研究现状

1．2．1 国外型钢混凝土研究现状

1．2．2 国内型钢混凝土研究现状

1．3 混凝土闸墩研究现状

1．3．1 混凝土闸墩的有限元分析现状

1．3．2 型钢混凝土闸墩的研究现状

1．4 研究的主要内容及方法

第二章 基本理论

2．1 有限元基本理论

2．2 有限元分析程序说明

2．3 非线性有限元问题求解的方法

2．4 模型中使用单元介绍

2．5 材料本构关系及破坏准则

2．5．1 混凝土材料的本构关系

2．5．2 钢材本构关系定义

2．5．3 破坏准则

2．6 钢材与混凝土之间的联结方式及混凝土裂缝模型

2．6．1 钢材与混凝土之间的联结方式

2．6．2 混凝土的裂缝模型

第三章 型钢混凝土闸墩有限元模型建立

3．1 工程概况

3．1．1 工程背景

3．1．2 闸墩结构形式

3．2 基本假定

3．3 基本参数

3．3．1 水文

3．3．2 材料参数

3．4 荷载组合

3．5 有限元模型建立

3．5．1 钢筋布置形式及有限元模型

3．5．2 型钢布置形式

3．5．3 有限元模型

3．6 边界条件及收敛准则

3．7 小结

第四章 型钢混凝土闸墩设置横向连接型钢的合理性研究

4．1 前言

4．2 闸墩位移分析

4．2．1 对称荷载作用下阐墩位移分析

4．2．2 非对称荷载作用下闸墩位移分析

4．2．3 位移变化对比分析

4．3 闸墩应力分析

4．3．1 对称荷载作用下闸墩应力分析

4．3．2 非对称荷载作用下闸墩应力分析

4．3．3 应力变化对比分析

4．4 闸墩裂缝发展分析

4．4．1 对称荷载作用下闸墩裂缝发展分析

4．4．2 非对称荷载作用下闸墩裂缝发展分析

4．4．3 裂缝发展对比分析

4．5 承载能力分析

4．6 本章小结

第五章 横向连接型钢布置形式对型钢混凝土闸墩工作性能的影响研究

5．1 前言

5．2 横向连接型钢布置形式选择

5．3 横向连接型钢布置形式对闸墩墩体应力影晌分析

5．3．1 对称荷载作用下墩体应力分析

5．3．2 非对称荷载作用下墩体应力分析

5．4 横向连接型钢布置形式对闸墩墩体位移影响分析

5．4．1 对称荷载作用下型钢混凝土闸敦位移分析

5．4．2 非对称荷载作用下型钢混凝土闸敦位移分析

5．4．3 下游门槽位移变化分析

5．5 横向连接型钢布置形式对型钢应力及位移影响分析

5．5．1 型钢应力分析

5．5．2 型钢位移分析

5．6 横向连接型钢布置形式对闸墩裂缝发展分析

5．6．1 对称荷载作甩下闸墩裂缝发展分析

5．6．2 非对称荷载作用下闸墩裂缝发展分析

5．6．3 裂缝发展对比分析

5．7 横向连接型钢布置形式对闸墩承载能力分析

5．8 横向连接型钢截面形式对闸墩位移及应力的影响分析

5．8．1 闸墩应力分析

5．8．2 闸墩位移分析

5．9 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢