中等厚度型钢混凝土闸墩配钢量的计算方法研究

发布时间：2020-06-05 05:25

【摘要】：型钢混凝土闸墩是一种新提出的闸墩结构,以型钢代替常规钢筋混凝土闸墩中的扇形钢筋。从之前的研究中发现其与常规钢筋混凝土闸墩相比,承载力显著加大,更适用于高水头、大推力闸墩,而与预应力闸墩相比其施工更为简便,具有较大的工程应用价值。型钢混凝土结构的力学性能与其配钢量和配钢形式有着密切的关系,因此研究型钢混凝土闸墩的合理配钢量和配钢形式,探索其配钢量的计算方法,可以为促进型钢混凝土闸墩在水利水电工程的应用提供理论指导。本文参照弧形闸门钢筋混凝土闸墩扇形钢筋配筋公式提出了含待定系数的型钢混凝土闸墩配钢量计算公式。通过建立具有代表性的中等厚度型钢混凝土闸墩模型,对不同配钢量下的闸墩从位移、应力、裂缝分布以及承载能力进行分析,得出闸墩的合理配钢量,并由此确定待定系数的取值。同时,参考型钢混凝土柱中含钢量的定义,提出了型钢混凝土闸墩中截面含钢量定义,根据求得的合理配钢量进一步推导出中等厚度型钢混凝土闸墩的截面含钢量取值范围。初步建立了配钢量与闸墩所受推力以及闸墩和弧门支座的尺寸的联系。通过研究结果表明:(1)对同一型钢布置型式,在各个荷载工况下,当配钢量在一定范围内时,随着配钢量的增大,闸墩的拉应力和位移值以及型钢的拉应力和位移值都在逐渐减小,闸墩的拉应力分布范围减小,闸墩结构的抗裂性能和承载能力逐渐提高,结构刚度和延性增大。(2)对称荷载作用下,对于中等厚度的型钢混凝土闸墩,当闸墩中的型钢为单型钢布置时,闸墩配钢计算公式中待定系数φ1的建议取值范围为1.2≤φ1≤1.4,所需配钢量大于钢筋混凝土闸墩中的钢筋;当闸墩中的型钢为三型钢布置时,系数φ1的建议取值范围为0.8≤φ1≤1.0,所需配钢量小于钢筋混凝土闸墩中的钢筋。(3)非对称荷载作用下,对于中等厚度的型钢混凝土闸墩,当闸墩中的型钢为单型钢布置时,闸墩配钢计算公式中待定系数φ2的建议取值范围为1.3≤φ2≤1.4,所需配钢量大于钢筋混凝土闸墩中的钢筋;当闸墩中的型钢为三型钢布置时,系数φ2的建议取值范围为0.7≤φ2≤0.9,所需配钢量小于钢筋混凝土闸墩中的钢筋。(4)对称荷载作用下,中等厚度型钢混凝土闸墩的截面含钢量的建议取值范围为0.6%≤ρa≤1%;非对称荷载作用下,截面含钢量的建议取值范围为0.7%≤ρa≤1.3%。综合考虑,中等厚度的型钢混凝土闸墩,其截面配钢量的取值参考范围为0.6%≤ρa≤1.3%。(5)在相同的弧门推力作用下,与单型钢布置的型钢混凝土闸墩相比,三型钢混凝土闸墩所需的配钢量更少,更加经济;而在相同的配钢量下,三型钢混凝土闸墩比单型钢混凝土闸墩的受力性能更好,承载能力更大,因而在实际使用中,建议采用三型钢混凝土闸墩。
【图文】：

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通过有限元软件建立了中等厚度的混凝土闸墩有限元模型，，闸墩结构尺寸和逡逑作用荷载见３．２。在不布置型钢的情况下对闸墩模型进行加载计算，得到闸墩的第一主逡逑应力分布如图２－１所示。逡逑由图可知，闸墩的主要拉应力分布在牛腿支座以及牛腿支座向上游延伸的扇形区域，逡逑牛腿宽为６，长为／／，从图中可以看到主要的拉应力分布区域在牛腿两侧的宽度大约为逡逑６／２，总宽度大约为２６，长度约为２．５／／。在荷载较小时，最大拉应力出现在牛腿加载面逡逑与墩体的交线上，随着荷载缓慢增大，该处最先产生裂缝，裂缝产生后，最大拉应力逐逡逑渐转移到牛腿两侧。逡逑６逡逑

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逦中等厚度型？钢ｉ昆凝土闸敬配钢量的计算方法研究逡逑截面上２６有效范围内。因此，在牛腿支座高度中点处取两倍支座宽度２６以及闸墩宽度逡逑Ｓ构成的截面作为闸墩截面含钢量的定义截面。示意图见图２－３。逡逑＼逡逑图２－３闸墩截面含钢量定义示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｓｔｅｅｌ邋ｃｏｎｔｅｎｔ邋ｏｆ邋ｐｉｅｒ逡逑型钢混凝土闸墩截面含钢量Ｐａ：逡逑点Ｅ逦（２－１５）逡逑式中：ｐａ—型钢混凝土闸墩截面含钢量；逡逑４一型钢总截面面积，逡逑ｓ—闸墩宽度；逡逑６—牛腿宽度。逡逑２．５本章小结逡逑本章初步提出了含待定系数的型钢混凝土闸墩配钢计算公式，并结合闸墩的受力特逡逑点给出了型钢混凝土闸墩含钢量的定义，建立了配钢量与闸墩所受推力以及闸墩和弧门逡逑支座的尺寸的联系，由此初步建立了型钢混凝土闸墩的配钢计算方法。逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TV662.2;TV544

【参考文献】