丹江口大坝加高新老混凝土结合面工程措施数值分析

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1、第29卷第3期长江科学院院报Vo1．29No．32012年3月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteMar．2012文章编号：1001—5485(2012)03—0067—05丹江口大坝加高新老混凝土结合面工程措施数值分析陕亮h·岫，徐跃之h，岫(1．长江科学院a．材料与结构研究fh：；b．水工程安全与病害防治工程技术研究中心，武汉430010；2．武汉大学土木建筑工程学院，武汉430072)摘要：结合丹江口大坝加高工程2坝段施工过程，采用三维非线性有限元方法，研究新老混凝土结合面间设置键槽及锚筋的工程措施对新老混

2、凝土结合状态的影响。研究认为：新老混凝土结合面能有效传力，设置键槽后新老坝体的变形协调性更好，设置锚筋能进一步加强新老坝体的联系。在年气温水温变化影响下，新老混凝土问的联系越强，对上游坝踵越不利。关键词：三维有限元法；新老混凝土结合面；键槽中图分类号：Tv311文献标志码：A丹江口大坝加高工程中，新老坝体混凝土结合问代，直至前后2次的计算结果接近为止，然后转入下题是主要技术难题之一。先期进行的3次现场试验一时段。结果及相关的仿真计算资料表明：新老坝体结合面在1．2水荷载作用的接触非线性计算混凝土浇筑完成后一段时间内基本上是结合完好的，不考虑施工过程仿真计算中的影响因素，仅

3、考但在外界气温年变化的影响下，后期都有不同程度的虑在结构浇筑完成后，上游水位抬高引起的水荷载张开¨J。周期性变化的气温使坝体下游面伸缩，是增量，进行新老混凝土结合面接触非线性计算。产生结合面法向拉应力进而引起开裂的主要因1．3接触模拟素J。结合面张开会改变新、老坝体联合受力的条采用厚度趋于零的8节点接触单元对新老混凝件，影响大坝的可靠性。因此，本文结合丹江口大坝土结合面进行模拟，认为缝面接触时能传递压应力、2坝段加高施工过程，先根据现场的施工方案，采用剪应力，缝面在初始状态未开裂时能传递有限的拉数值仿真模拟技术，研究新老混凝土结合面间设置键应力。槽及锚筋的工程措施对新老混

4、凝土结合状态的影响，设缝面摩擦系数、凝聚力和抗拉强度分别为／，然后通过计算结果比选键槽形式以及锚筋的布置。C和。，初始法向间隙为W。，在荷载作用下产生的缝面两侧法向(n)、切向(t，S)的相对位移分别为Wr，Ur，ro1计算方法W+W。≤0表示法向闭合，则缝面接触应力与1．1施工过程仿真非线性计算相对位移之间的关系为按照新浇混凝土的施工安排考虑浇筑过程、浇rn=n(r+。)，筑温度、通水冷却、混凝土徐变、年气温水温变化、蓄{=(1一o／JzJ)·，(1)水过程的仿真计算，是包含新老混凝土结合面接触Lr=k(1一W0／IW1)。。非线性和徐变材料非线性的综合非线性计算。在全

5、式中：，k，k为缝面单位面积的法向刚度和切向过程仿真计算中，采用的软件为3DCRCPCGV1．0程刚度。为使缝面不产生嵌入现象，k，k，k理论上序J，计算出各时段的变温和徐变产生的荷载增应取无穷大，实际计算中一般取高于混凝土弹性模量，以上一时段的缝面接触状态和接触应力作为本量和剪切模量一个数量级，这样虽有嵌入，但不过时段的初始值，用变刚度法进行接触问题非线性迭分。or，，为缝面的法向应力和切向应力。收稿日期：2011—12—14基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重大项目(2006BAB04A01)作者简介：陕亮(1976一)，男，湖北公安人，高级工程师，博士研究生，主要

6、从事大体积混凝土温控研究，(电话)027—82829754(电子信箱)robert—shanl@yahoo．cn。68长江科学院院报2012正当缝面法向闭合时，切向应力可能超过抗剪强度而产生滑移，因此切向应力还需满足条件√r+≤C—f·。(2)如果缝面初始间隙W。=0且粘接完好，当>。时，缝面发生法向拉裂。当缝面法向张开时，缝面不传递任何应力。缝整体计算模型(不含基础部分)无键槽模型面一旦发生滑移或张开，以后计算中取C=0．0MPa，。=0．0MPa。2计算条件与计算方案2．1计算模型三角形键槽模型梯形键槽模型取丹江口大坝2坝段为研究对象，模拟加高施图22坝段计算模型工建

7、造过程，2坝段老坝坝顶高程162m，建基面高Fig．2ComputationmodelofdamsectionNo．2程110m，坝轴向宽15m，建基面顺水流向长44m，混凝土徐变：基岩与坝体老混凝土不考虑徐变，老坝坝顶顺水流向长12m，加高工程完成后，坝顶新浇混凝土徐变由式(4)给出。高程176．6nl，建基面顺水流向长54．125m。新老^r、，、C(t。r)=(2．5+L—U—U(1一e一。·()+混凝土结合面的计算参数，摩擦系数取1．0，粘聚Cn力c、法向抗拉强度。均取1．0MPa，初始间隙W。=(7．0+)(1一e加