闸门门槽受剪切性能试验研究

摘要

随着我国水利事业的不断发展和巨型水电站的兴建,闸门门槽受力愈来愈大,按照《水工混凝土结构设计规范》,闸墩设计时除应对闸门门槽部位的二期混凝土进行局部受压承载力验算外,当闸门每侧沿门槽高度每米受力大于2000kN时,还应对闸门门槽二期混凝土进行斜截面受剪承载力计算。但规范没有给出相应的斜截面受剪承载力计算方法,致使实际工程设计缺乏依据。因此有必要对闸门门槽斜截面受剪破坏机理和承载力计算方法进行研究。本文在试验资料的基础上,对闸门门槽在线性荷载不同加载方式下的斜截面破坏形态和承载能力进行了试验研究;对剪切承载能力进行了塑性极限分析;对剪切承载力的影响因素进行有限元模拟和分析;给出了闸门门槽受剪承载力建议计算方法。(1)进行了12块混凝土试验试件在线性荷载作用下的受剪切承载力试验研究,其中1块钢筋混凝土整体浇筑试件,1块素混凝土分期浇筑试件,10块钢筋混凝土分期浇筑试件。在试验基础上,分析了各观测内容在试验不同阶段的变化情况,试验表明,配置构造钢筋混凝土试件的破坏形态均为剪切破坏,并分析了试验试件的剪切机理和受力特征。(2)利用塑性极限分析方法,结合抛物线型Mohr-Coulomb混凝土破坏准则,推导出混凝土试件的剪切承载力理论计算公式,并总结分析了影响混凝土试件剪切承载能力的主要因素,包括:混凝土强度、轨道的宽度和边距,给出了受剪切承载力的建议简化计算方法,与理论公式相比,该公式形式简单,且与试验结果吻合良好。(3)对试件进行了受剪切性能的非线性有限元数值模拟,结果表明试件内部的应力分布与试件的破坏机理分析是吻合的,证明了试件理论分析的正确性。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 概述

1.1 立项依据和意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1 混凝土抗剪问题的研究

1.2.2 门槽可能的剪切承载力计算方法

1.3 本文主要研究工作

第二章 试验设计和试验方法

2.1 试验设计

2.1.1 闸门门槽简化模拟原则和试件尺寸

2.1.2 试验变量设计

2.2 试件制作

2.2.1 原材料和混凝土配合比设计

2.2.2 试件的成型

2.3 试验方法

2.3.1 试验装置及加载方式

2.3.2 测试内容

第三章 试验结果分析

3.1 试验现象

3.1.1 试件受力过程

3.1.2 裂缝的出现及发展

3.1.3 试件的破坏面

3.1.4 试件变形

3.2 试验结果分析

3.2.1 破坏形态

3.2.2 受剪承载力影响因素分析

3.2.3 破坏机理

第四章 试件剪切承载力计算

4.1 引言

4.2 剪切破坏机构的建立

4.3 混凝土材料的强度准则

4.4 试验试件的剪切承载力

4.4.1 剪切承载力公式

4.4.2 试验试件的剪切承载力

4.5 建议计算方法

4.5.1 计算模式

4.5.2 建议计算公式

第五章 混凝土试件受力性能有限元分析

5.1 引言

5.2 有限单元法的基本理论

5.2.1 有限单元法的基本原理

5.2.2 有限单元法的基本步骤

5.2.3 有限单元软件ANSYS简介

5.3 有限单元法在混凝土结构中的应用

5.3.1 材料的本构关系及破坏准则

5.3.2 钢筋混凝土有限元模型

5.4 混凝土试件受剪切性能的有限元模拟

5.4.1 有限元模型的建立

5.4.2 有限元参数的确定

5.4.3 使用 SOLID65单元应注意的问题

5.5 混凝土试件有限元模拟结果分析

5.5.1 试件内von Mises stress云图分布

5.5.2 试件的应力矢量分布

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录