参窝水库溢流坝闸墩裂缝成因数值分析及加固研究

摘要

本文以参窝水库溢流坝闸墩为研究对象，利用ANSYS软件，建立闸墩三维整体式有限元模型和组合式有限元模型。将静水推力荷载、闸墩上部荷载、闸门开启时的推力荷载、闸墩自重及温度荷载组合成几种计算工况，分别对闸墩整体结构及裂缝位置应力分布情况进行线性静力计算分析，再以材料力学第一强度理论为理论基础，确定闸墩裂缝的主要成因是闸门开启至最大位置时的推力荷载。并参照闸墩实际裂缝情况，对比两种模型计算结果的相同点和不同点，分析两种模型计算的准确性。
　　同时对已开裂的现有闸墩结构进行线性计算分析，利用ANSYS中的单元生死技术杀死裂缝处的混凝土单元，实现对混凝土已破坏、钢筋保持原有形式继续工作状态的模拟，对现有裂缝闸墩的安全性进行分析，并判断裂缝的扩展趋势，确定闸墩加固的必要性。
　　最后，在对闸墩裂缝存在状态分析的基础上，提出闸墩加固方案，即选用SCC自密实混凝土灌浆嵌缝、体外粘贴CFRP碳纤维网格布的方法，并对加固后的闸墩结构进行了线性静力分析。结果表明，加固后的闸墩整体结构达到稳定要求，原有裂缝不会再继续扩展。
　　计算结果表明，采用线性静力计算分析闸墩裂缝成因及加固措施可行性是一种有效的方法，其计算结果可靠，对大坝安全运行具有重要意义，且具备相似工程的参考价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的背景及意义

1．1．1 论文的背景

1．1．2 论文的意义

1．2 溢流坝闸墩裂缝成因及加固研究历史和现状

1．3 有限单元法简介

1．3．1 有限单元法简介

1．3．2 有限单元法的发展与现状

1．3．3 有限单元法分析闸墩的优势

1．3．4 ANSYS单元生死技术

1．4 闸墩裂缝类型

1．5 溢流坝闸墩加固方法简介

1．6 CFRP加固闸墩的优势

1．7 论文的研究内容和研究方法

1．7．1 论文的研究内容

1．7．2 论文的研究方法

第2章 溢流坝闸墩有限元模型

2．1 溢流坝闸墩力学模型

2．1．1 溢流坝闸墩力学模型

2．1．2 溢流坝闸墩力学模型简化

2．2 溢流坝闸墩计算参数及边界条件

2．2．1 溢流坝闸墩计算参数选取

2．2．2 边界条件

2．3 溢流坝闸墩整体式有限元模型

2．3．1 建模基础

2．3．1 溢流坝闸墩整体式有限元模型

2．3．2 网格划分

2．4 溢流坝闸墩组合式有限元模型

2．4．1 建模基础

2．3．2 溢流坝闸墩组合式有限元模型

2．3．3 网格划分

2．5 溢流坝闸墩荷载类型

2．5．1 溢流坝闸墩上游静水荷载

2．5．2 溢流坝闸墩上部荷载

2．5．3 溢流坝闸门推力荷载

2．5．4 温度荷载

第3章 溢流坝闸墩整体式模型计算

3．1 计算工况

3．2 工况一(自重、静水、上部结构、闸门闭合)荷载计算

3．3 工况二(自重、静水、上部结构、闸门开启)荷载计算

3．4 工况三(自重、静水、上部结构、单侧闸门开启)荷载计算

3．5 工况四(自重、温度)荷载计算

第4章 溢流坝闸墩组合式模型计算

4．1 计算工况

4．2 工况一(自重、静水、上部结构、闸门闭合)荷载计算

4．3 工况二(自重、静水、上部结构、闸门开启)荷载计算

4．4 工况三(自重、静水、上部结构、单侧闸门开启)荷载计算

4．5 工况四(闸墩开裂状态力学特性)计算

第5章 闸墩裂缝成因分析及加固措施

5．1 溢流坝闸墩裂缝成因分析

5．1．1 溢流坝闸墩整体式模型计算结果分析

5．1．2 溢流坝闸墩组合式模型计算结果分析

5．1．3 溢流坝闸墩两种模型计算结果比较分析

5．2 溢流坝闸墩加固分析

5．2．1 溢流坝闸墩加固方案

5．2．2 加固后闸墩的力学特性计算

5．2．3 溢流坝闸墩加固效果评价

第6章 结论

参考文献

致谢