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      水工閘壩混凝土在凍融條件下應(yīng)力分布探討

      2021-06-16 13:01:34郝姣姣
      黑龍江水利科技 2021年5期
      關(guān)鍵詞:閘壩鋼混凍融循環(huán)

      郝姣姣

      (阜新市產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院,遼寧 阜新 123000)

      0 前 言

      水工閘壩混凝土的應(yīng)力計算是其穩(wěn)定性設(shè)計的重要指標(biāo),尤其是北方地區(qū),凍融條件下水工閘壩混凝土應(yīng)力影響的關(guān)鍵要素,需要對其應(yīng)力影響進行分析和探討,從而提高其運行穩(wěn)定和安全性[1]。近些年來,對于水工閘壩混凝土應(yīng)力設(shè)計研究的成果較多[2-10],但是對于其凍融影響的研究還較少,為提高水工閘壩在北方地區(qū)的運行穩(wěn)定性,亟需對其凍融條件下的應(yīng)力進行分析。為此結(jié)合應(yīng)力理論計算模型,對其凍融條件下的水工閘壩應(yīng)力分布進行探討,研究成果對于北方水工閘壩混凝土穩(wěn)定施工設(shè)計具有參考意義。

      1 應(yīng)力分布計算模型

      水工閘壩在凍融循環(huán)條件下其水平和縱向應(yīng)力分布的計算方程分別為:

      (1)

      (2)

      式中:Pj為水平應(yīng)力,kN;Aj為應(yīng)力面積,m2;Ac為應(yīng)力擠壓面積,m2;γ為混凝土凍融條件下的斜向轉(zhuǎn)角,°。水工混凝土應(yīng)力擠壓面積計算方程為:

      AC=π(d'+6h)lsinβ

      (3)

      式中:d'為混凝土樁體寬度,m;l為樁體橫向間距,m;β為頂縫斜向角度,°。對水工閘壩橫向應(yīng)力Pt進行計算:

      (4)

      式中:Pt為橫向應(yīng)力,kN);α為轉(zhuǎn)角系數(shù)。模型對其轉(zhuǎn)角系數(shù)和頂縫斜向角度計算方程分別為:

      (5)

      (6)

      式中:fcu為水工閘壩抗壓強度,kN);fcu'為凍融影響下的抗壓強度,kN;φ為剛面轉(zhuǎn)角,°。 對水工閘壩穩(wěn)定性系數(shù)進行計算:

      (7)

      式中:fc為折減系數(shù);k1-k4分別為計算系數(shù);J2為計算橫向應(yīng)力,kN;I1縱向應(yīng)力,kN。

      2 實例分析

      2.1 工程概況

      以遼河某閘壩工程為具體實例,對該水工閘壩混凝土凍融循環(huán)影響下的應(yīng)力分布進行計算,該水工閘壩為鋼混結(jié)構(gòu),其地質(zhì)參數(shù)如表1所示。文章結(jié)合該水工混凝土閘壩的地質(zhì)參數(shù),對其凍融影響下的應(yīng)力分布進行計算分析。

      表1 水工閘壩工程地質(zhì)參數(shù)

      2.2 應(yīng)力計算誤差分析

      結(jié)合應(yīng)力計算模型,對水工閘壩不同鋼混直徑下凍融循環(huán)次數(shù)影響的應(yīng)力進行計算,計算結(jié)果如表2所示。

      表2 不同鋼混直徑下水工閘壩混凝土應(yīng)力計算結(jié)果

      從分析結(jié)果可看出,水工閘壩的鋼混直徑對其應(yīng)力影響較大,應(yīng)力隨著凍融次數(shù)的增加而遞增較為明顯。受到水工閘壩應(yīng)力面積的影響,不同直徑下混凝土應(yīng)力變化當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)介于16-25次時較為穩(wěn)定,這主要受到水工閘壩摩擦阻力加大的影響,使得其應(yīng)力變化有所減小。計算應(yīng)力和測定的應(yīng)力之間計算誤差總體低于20%,相關(guān)系數(shù)可達到0.65以上,具有較好的相關(guān)度,且隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,其應(yīng)力總體呈現(xiàn)指數(shù)變化。

      2.3 凍融影響下的水工閘壩應(yīng)力分布結(jié)果

      對不同深度凍融循環(huán)次數(shù)影響下的水工閘壩應(yīng)力分布進行計算,計算結(jié)果如表3所示。

      表3 凍融影響下的水工閘壩應(yīng)力分布計算結(jié)果

      從凍融影響下的水工閘壩應(yīng)力分布計算結(jié)果可知,隨著深度的遞增各凍融次數(shù)下的應(yīng)力都有所增加,不同深度的應(yīng)力分布當(dāng)凍融次數(shù)達到25次以后逐步趨于穩(wěn)定變化,在初始階段,凍融次數(shù)增加其應(yīng)力分布變化較大,而當(dāng)凍融次數(shù)增加到一定次數(shù)后,水工閘壩的抗剪應(yīng)力強度達到最大值,使得其應(yīng)力變化減小,逐步趨于穩(wěn)定變化。水工閘壩混凝土應(yīng)力分布隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加呈現(xiàn)S形變化,受凍融循環(huán)次數(shù)增加其閘壩體混凝土之間的黏聚力有所減少,當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)高于25次以后,其混凝土含水率降低,摩擦阻力區(qū)域穩(wěn)定,利用水工閘壩的穩(wěn)定運行。

      3 結(jié) 論

      1)受到水工閘壩應(yīng)力面積的影響,不同直徑下混凝土應(yīng)力變化當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)介于16-25次時較為穩(wěn)定,這主要受到水工閘壩摩擦阻力加大的影響,使得其應(yīng)力變化有所減小。

      2)計算應(yīng)力和測定的應(yīng)力之間計算誤差總體低于20%,相關(guān)系數(shù)可達到0.65以上,具有較好的相關(guān)度,且隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,其應(yīng)力總體呈現(xiàn)指數(shù)變化。

      3)水工閘壩混凝土應(yīng)力分布隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加呈現(xiàn)S形變化,受凍融循環(huán)次數(shù)增加其閘壩體混凝土之間的黏聚力有所減少,當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)高于25次以后,其混凝土含水率降低,摩擦阻力區(qū)域穩(wěn)定,利用水工閘壩的穩(wěn)定運行。

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