弧门型钢混凝土闸墩内型钢布置形式研究

发布时间：2019-11-23 15:36

【摘要】：为研究闸墩内型钢布置形式对闸墩工作性能的影响,依据弧门支座附近闸墩局部受拉区配钢量不变原则,基于ANSYS软件建立不同布置形式的型钢混凝土闸墩模型,分别从闸墩位移、应力、裂缝分布和承载能力4个方面对闸墩内型钢布置角度和数量对闸墩工作性能的影响进行对比分析,得出型钢布置形式对型钢混凝土闸墩工作性能的影响规律。结果表明:对称荷载作用下,随着型钢数量增加,型钢混凝土闸墩位移、应力逐渐减小,承载能力逐渐增强;非对称荷载作用下,随型钢数量的增加,闸墩位移先减小后增大,闸墩应力变化不明显,闸墩承载能力先增强后减弱;保持型钢数量不变,随着布置角度的增加,型钢混凝土闸墩位移、应力先减小后增大,型钢布置扩展角为20°~30°时,闸墩裂缝扩散速度较慢。综合考虑,提出型钢混凝土闸墩内采用三根型钢以25°扩展角进行布置时为较好布置形式,这一结论在型钢混凝土闸墩设计中具有推广和应用价值。
【图文】：

曲线,型钢,曲线,粘结滑移

N，此模型适用于VonMises屈服准则［9］。型钢与混凝土单元进行耦合处理，为避免因局部施加荷载而出现假收敛与实际不符，在支座处施加均布面力，收敛准则采用二范数准则。目前水工大体积结构的型钢混凝土粘结滑移的研究尚未有成熟结论，初步研究［10］表明，，滑移影响主要体现在型钢与墩体接触位置的局部轻微变化。本文主要研究型钢布置形式的影响，是否考虑型钢和混凝土之间的粘结滑移对各布置方案计算结果的影响不明显，为了方便研究，故不考虑型钢和混凝土之间的粘结滑移。型钢本构关系和有限元模型分别如图1和图2所示。图1型钢应力─应变关系曲线2布置形式的确定根据《水工设计手册》(第二版)设计要求，设计36

闸墩,有限元模型,型钢

张小飞，等∥弧门型钢混凝土闸墩内型钢布置形式研究水利水电技术第48卷2017年第7期图2闸墩有限元模型示意混凝土闸墩的配钢量可按下列公式进行:闸门两侧均受到牛腿支座推力作用时受拉区扇形钢筋的配筋面积为F≤1γdfy∑ni=1Asicosθi(1)闸门受到一侧牛腿支座推力作用时受拉区扇形钢筋的配筋面积为F≤1γdB'0－ase0+0.5B－a()sfy∑ni=1Asicosθi(2)式中，F为弧门闸墩牛腿支座推力的设计值;γd为结构重要性系数，取1.2;fy为受拉钢筋的抗拉强度设计值;as为纵向钢筋合力点至截面近边缘的距离;B'0为受拉边局部受拉钢筋中心至闸墩另一边的距离;Asi为闸墩一侧受拉有效范围内的第i根受拉钢筋的截面面积;θi为第i根受拉钢筋与弧形闸门施加于牛腿支座推力方向的夹角。由式(1)和式(2)得出闸墩局部受拉区配置型钢采用Q345钢时，型钢截面积取0.45m2。根据文献［8，11］确定型钢截面尺寸如图3所示，其表示形式为H×B×T1×Tw。型钢数量分别设置为一根、二根和三根，闸墩内图3型钢截面示意型钢布置形式正如图4所示。在闸墩墩体内布置一根型钢时，型钢的尺寸为400mm×400mm×37.5mm×37.5mm;在闸墩墩体内布置两根型钢时，型钢的尺寸为375mm×375mm×20mm×20mm;当在闸墩墩体内布置三根型钢时，型钢的尺寸为250mm×250mm×20mm×20mm。型钢长度设置18m［7］。在闸墩局部受拉区内［12］型钢扩展角分别取20°、25°、30°、40°进行研究，型钢角度布置如图5所示。图4型钢布置形式正视图图5型钢角度布置示意型钢混凝土闸墩内型钢数量、埋置长度和布置角度确定后组合成九种不同布置形式(见表2)，不同型钢数量和布置?

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