型钢混凝土粘结特性对闸墩工作性能的影响研究

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闸墩是水利枢纽中泄水建筑物的主要组成部分,是承受闸门作用力,保证泄水建筑物正常运行的关键性建筑物之一。随着水利水电事业的发展,泄水建筑物挡水闸门的工作水头不断提高,闸墩承受的作用力不断加大,常规钢筋混凝土闸墩已日益难满足安全有效的运行需求,因此很有必要寻求一种新型闸墩结构,确保闸墩在大推力作用下能可靠运行。根据现有研究表明,型钢混凝土(SRC)结构承载能力高、刚性大,具有良好的延性和耗能性,将其应用于闸墩中能较好的满足大推力情况下闸墩可靠运行的要求。但目前国内外对于型钢混凝土闸墩的研究较少,并且这些研究都避开了型钢混凝土粘结滑移问题,而型钢混凝土结构中型钢与混凝土协同工作的基础就是型钢与混凝土之间的自然粘结,靠这种粘结作用才能够发挥出型钢混凝土结构的优点。为揭示型钢与混凝土间的粘结滑移特性对闸墩工作性能的影响,本文在现有研究成果基础之上,结合拟建工程,在数值分析中引入弹簧单元分析了型钢混凝土粘结特性对闸墩工作性能的影响,进一步完善了型钢混凝土闸墩的研究。本文利用ANSYS有限元软件进行数值模拟分析,分别从型钢与混凝土间的粘结滑移、闸墩的位移、应力及裂缝等方面,分析了型钢混凝土粘结特性对闸墩工作性能的影响,在此基础上进一步探讨了不同保护层厚度和不同型钢埋置长度对型钢混凝土粘结性能和闸墩工作性能的影响。研究分析表明:(1)相对于房屋结构中的型钢混凝土梁和柱,型钢混凝土闸墩的型钢与混凝土发生粘结滑移的时机更早,初始滑移荷载为其极限荷载的50%-65%。(2)随着荷载的增加,沿型钢埋置长度方向,牛腿处的型钢混凝土粘结滑移呈现出类似对数分布的分布趋势,而墩体内的型钢混凝土粘结滑移则呈现出类似指数分布的分布趋势。(3)型钢混凝土的粘结特性对闸墩的整体位移没有太大影响,但对局部位移影响较大。(4)型钢混凝土的粘结性能开始先随保护层厚度和型钢埋置长度的增加而提升,当保护层厚度和型钢埋置长度增加到一定值时,型钢混凝土的粘结性能将不再提升,趋于平稳。(5)型钢混凝土出现粘结滑移前,闸墩工作性能几乎不受型钢保护层厚度和型钢埋置长度的影响;型钢混凝土出现粘结滑移后,保护层厚度、型钢埋置长度对闸墩工作性能的影响较大,并且两者的影响有所差异。(6)保护层厚度对闸墩各阶段的裂缝发展趋势的影响不明显,但是对各裂缝阶段的开裂荷载有着很大影响;型钢埋置长度对闸墩各阶段的开裂荷载无明显影响,但相同荷载下,闸墩裂缝分布范围则随型钢埋置长度的增加而减小。
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