碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度试验研究与数值计算

发布时间：2020-07-20 13:03

【摘要】：经过多年实践证明,坝体分缝是拱坝有效的温控措施之一,对于控制坝体应力发展具有非常关键的作用。对于碾压混凝土坝而言,当其坝体温度大幅度下降时,会产生较大的温度应力从而导致坝体开裂,为了防止裂缝的产生,坝工建设者们通常采用诱导缝来人为地削弱坝体抗拉强度,当坝体所受拉应力较大时,便可以引导裂缝在诱导缝所在截面有序开裂,达到保护坝体的作用。但目前在国内外一些已经布设了诱导缝的碾压混凝土拱坝中仍出现了裂缝,诱导缝并未起到预期设想的作用,因此掌握诱导缝的缝面状态、等效强度以及相关布置规律对于防止坝体无序开裂有重要的实际意义。本文针对碾压混凝土双向间隔诱导缝等效强度及布置规律进行探究,考虑削弱度、诱导板数量、诱导板间距、龄期和强度这五个因素设计试验方案,进行轴向拉伸试验,得出了各影响因素下的诱导缝等效强度变化规律:1)碾压混凝土诱导缝等效强度随着削弱度的增大而减小;2)随着诱导板数量增加,诱导缝等效强度逐渐减小,且两者呈对数相关;3)碾压混凝土诱导缝等效强度随着诱导板间距的增大而增大,但增长幅度逐渐减小;4)碾压混凝土诱导缝等效强度前期增长较快,其随龄期变化规律与混凝土本体抗拉强度增长规律大致相同,但各龄期下强度削弱程度存在差异;5)诱导缝等效强度随着混凝土本体抗拉强度的增大而增大,诱导缝对断面的强度削弱程度随着混凝土强度的提高而减小。针对以上几点规律可对实际拱坝诱导缝布置提供如下建议:适当增加拱坝诱导缝削弱度,可以降低诱导缝等效强度,使诱导缝所在断面较快开裂以达到保护坝体的作用。但当诱导缝削弱度不宜设置过大时,可适当增加诱导板数量或减小诱导板间距,既不影响诱导缝截面应力传递,又能起到削弱坝体断面强度的作用。利用有限元软件建立碾压混凝土诱导缝试件模型,按照试验施加荷载方式对其施加轴向荷载,得到诱导缝所在截面应力云图,了解其应力分布状态,更为清楚地掌握诱导缝试件断裂过程,即碾压混凝土诱导缝试件的断裂由诱导板的四个边开始起裂,裂缝逐步向外扩展至试件边缘,最后发生脆性断裂。将试验等效强度与仿真模拟等效强度进行对比以验证数值模拟参数的合理性及试验结果与规律的正确性。通过探究等效强度与断裂韧度相关关系,推求不同削弱度、不同混凝土强度下的断裂韧度及其相关规律:1)诱导缝的断裂韧度及韧强比随着削弱度增大而减小;2)混凝土断裂韧度随强度等级的增大而增大,且两者呈线性相关关系,碾压混凝土的强度等级的提高对试件的承载力有显著影响,也意味着当试件破坏时所需的断裂能越大。最后将试验结果与实际工程相结合,根据所得断裂韧度值,计算出不同预留缝布置下的倒流河碾压混凝土拱坝等效强度,得出预留缝布置规律,即坝体等效强度随着坝体削弱度的增大而降低,随着预留缝竖向布置尺寸的减小而降低,与碾压混凝土诱导缝试验规律一致,为倒流河碾压混凝土拱坝诱导缝布置提供了参考与借鉴。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV642.4
【图文】：

2 诱导缝等效强度理论研究（1）诱导缝的等效强度 feq与混凝土结构的自身抗拉强度 ft呈正相关关系；（2）随着碾压混凝土断裂能 GF的增加，材料塑性逐渐增大，应力分布逐渐由集中转向均匀化，碾压混凝土诱导缝的等效强度也近似接近于剩余平均强度 βft；（3）削弱度固定时，孔隙型诱导缝的削弱能力强于片状型诱导缝。2.3 双向间隔诱导缝等效强度理论目前在实际工程中，碾压混凝土拱坝诱导缝依据诱导板的布置方式可分为两种，一种是单向间隔诱导缝，该诱导缝是由几个单向间隔的诱导板平行排列组成的，为穿透型诱导缝，如图 2-1（a）。另一种为双向间隔诱导缝，双向间隔诱导缝是由若干预留缝按照一定的排列方式布置而成的，预留缝的尺寸为2a 2c，相邻两预留缝的竖向和水平向中心距分别为2b、2d ，又称非穿透式诱导缝，如图 2-1（b）所示。

（a） （b）图 2-2 双向间隔诱导缝受力示意图Fig.2-2 Diagram of force acting on induced joint with two-way interval图 2-3 诱导缝椭圆简化计算示意图Fig.2-3 Schematic diagram of simplified ellipse calculation for induced joint针对于不同的方向角，应力强度因子大小也会发生变化，应力强度因子 KⅠ的最大值出现在 2时的短轴方向上，此时 KⅠ值见公式（2-7）所示。a

图 2-3 诱导缝椭圆简化计算示意图 Schematic diagram of simplified ellipse calculation for indu向角，应力强度因子大小也会发生变化，应力强短轴方向上，此时 KⅠ值见公式（2-7）所示。IaK 缝的影响，所得的应力强度因子 KⅠ将比单个预主要影响短轴上的 KⅠ值，水平方向的相邻缝主响可以用应力强度因子的修正系数 来表示。由考虑短轴方向，给出 KⅠ最大值表达式，见公式 见公式（2-9）。IaK 2tan( )b a

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本文编号：2763478