混凝土溢流坝闸墩裂缝成因分析及加固后安全评价

摘要

水电站泄水建筑物闸墩上产生裂缝，是一个较为普遍的现象，特别是我国东北地区几座混凝土重力坝在施工期没出现闸墩裂缝，而在运行许多年后出现闸墩裂缝，有些裂缝如贯穿性裂缝严重影响了水电站的正常运行。闸墩开裂的原因主要有闸墩配筋不足、温度应力超限以及溢流坝前静冰压力过大等。但这仅是定性分析的结果，尚不能明确上述原因中哪一个对闸墩的开裂起主导作用。 本文以太平哨水电站22号溢流坝段为实际研究对象，通过有限元方法，建立坝体三维模型，计算闸墩混凝土未开裂及加固后坝体温度场及温度应力场，利用ANSYS软件对闸墩及裂缝进行静力计算及分析，分析温度荷载、冰压力等其它荷载对闸墩混凝土裂缝位置处应力的影响，以及闸墩混凝土开裂的主要原因。针对混凝土开裂前后的受力状态的变化，模拟有无裂缝坝体的承载机理，对加固前后的坝体结构进行线性和非线性计算，对闸墩裂缝加固后的安全性进行分析。本文的主要工作和研究内容为： （1）建立合理的有限元计算模型，对闸墩未开裂前基本荷载组合下的坝体结构进行线性计算，得到闸墩裂缝发生位置处的应力分布情况，比较不同荷载对结构的作用及影响，分析闸墩开裂原因。 （2）对已开裂闸墩加固前后进行线性计算，通过分析计算结果，分析冰压力和温度荷载对闸墩裂缝加固后应力状态的影响，对加固前和加固后的坝体安全性进行分析评价。 （3）建立闸墩非线性有限元计算模型，考虑混凝土开裂和钢筋的影响，对开裂原因进行进一步分析，并论证线性计算结果的可靠性。 本文对太平哨水电站溢流坝闸墩竖向开裂原因进行了数值分析，其成果对类似工程有一定参考意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1论文的研究背景

1.2闸墩裂缝的特点

1.3 闸墩裂缝成因研究的现状

1.3.1 闸墩钢筋配筋不足

1.3.2 闸墩温度应力超限

1.3.3静冰压力过大

1.4本文研究的主要内容

2理论基础和方法

2.1有限元法概述

2.2导热的理论基础

2.2.1热传导理论

2.2.2初始条件和边界条件

2.3计算温度场的有限单元法

2.3.1 稳定温度场计算

2.3.2不稳定温度场

2.4计算温度应力的有限单元法

2.5钢筋混凝土有限元模型

2.5.1分析模型

2.5.2 SOLID65单元的理论基础

2.5.3材料本构关系与破坏准则

3 闸墩裂缝线性静力分析

3.1 未开裂前线性静力应力分析

3.1.1三维有限元计算模型

3.1.2岩体及坝体混凝土计算参数

3.1.3计算荷载和工况组合

3.1.4温度荷载的计算

3.1.5计算结果分析

3.2开裂后线性静力应力分析

3.2.1 计算模型

3.2.2计算工况

3.2.3 闸墩应力计算结果与分析

3.2.4小结

3.3加固后线性静力应力分析

3.3.1计算模型

3.3.2计算工况

3.3.3仿真方法

3.3.4闸墩应力计算结果与分析

3.3.5 小结

4闸墩裂缝非线性静力分析

4.1 闸墩未开裂前非线性计算

4.1.1有限元模型的建立

4.1.2计算参数

4.2计算荷载和工况组合

4.3计算结果与分析

4.3.1 工况一的计算结果

4.3.2 工况二的计算结果

4.3.3 工况三的计算结果

4.4 小结

5结论与展望

5.1 结论

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢