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有限厚度带键槽接缝单元及接缝对混凝土坝应力的影响(2)

来源:网络转载 作者:okxy168.com 时间:2008-01-09 浏览:3 字体:【

从式(11)~式(13)可知,接缝初始间隙对坝体应力是有影响的,但初始间隙到底有多大,过去似乎没有进行过认真的分析,往往在计算中随意假定一个数值,例如E=0.5~1.0MM,计算结果,初始间隙对坝体应力有相当大的影响。问题在于实际上是否有这么大的间隙。下面根据混凝土坝的特点,对初始间隙的大续行分析。

设接缝间距为L,灌浆前人工冷却降温为ΔT,线胀系数为Α,于是灌浆前接缝张开度为:

B=ΑLΔT (15)

设灌浆后水泥浆体的收缩为Ε0,于是由于浆体收缩而产生的接缝初始间隙为:

E=BΕ0 (16)

下面给出一个算例。设横缝间距L=15M,灌浆前人工冷却降温通常为10~30℃,今取上限ΔT=30℃,取线胀系数Α=10-5 (1/℃),由式(15),灌浆前接缝张开度为:B=ΑLΔT=10-5×30×15×1000=4.5MM.大体积混凝土中无应力计实测的混凝土自生体积收缩约为40~50×10-6,因无骨料,水泥净浆的收缩要大一些,今设接缝灌浆后浆体收缩为200×10-6,于是灌浆后接缝因浆体收缩而产生的间隙为:E=BΕ0=4.5MM×200×10-6=0.0009MM.把这点间隙分摊到整个坝块,等效温差为:ΔT=EΑL=0.0009/10-5×15×1000=0.006℃。

可见,当坝体冷却到规定的灌浆温度后进行接缝灌浆,其后由于水泥浆体的收缩而产生的接缝间隙是很小的,实际上,在计算横缝对坝体应力的影响时,可以忽略初始间隙。这一结论是重要的,因为:(1)如果考虑初始间隙进行计算,就必须采用混合法,即先将荷载分为若干增量,在每一增量步中还要进行非线性迭代计算,计算量很大,如果初始间隙为零,计算可大为简化;(2)如果初始间隙较大,对坝体应力可产生较大影响。

在规定坝体灌浆温度时,需要考虑当地气温、水温和混凝土自生体积变形。灌浆温度的确定可能有误差,实际施工的灌浆温度与规定的灌浆温度也可能有出入。这些坝体温度的差值可以并入坝体温度荷载进行计算,不必按接缝间隙计算。

3 关于灌浆质量对坝体应力影响的分析

一般认为,当接缝开度大于0.5MM时,进行水泥灌浆是没有问题的,事实上,如果采用超细水泥,更小一些的缝也可以灌进去。当横缝间距为15M时,只要有3.3℃有效温降,就可产生0.5MM的接缝开度。因此在一般情况下,水泥浆体灌入接缝是没有问题的,所谓灌浆质量,主要是指浆体水灰比可能较大,下面对这个问题进行分析。 设横缝间距为L,灌浆前接缝开度为B,在应力Σ的作用下,变位为:

W=ΣL/E ΣB/EJ=ΣL/E(1 R) (17)

式中:L为横缝间距;B为接缝开度;E为坝体混凝土弹性模量;EJ为缝内浆体弹性模量;R=BE/LEJ,反映了缝内浆体对坝体变形的影响。设横缝间距L=15M,灌浆前接缝开度B=4.5MM,考虑到浆体水灰比可能较大,痊体弹性模量EJ=0.10E,由R=BE/LEJ可知:R=BE/LEJ=4.5E/15000EJ=0.0003E/EJ=0.003.可见,假定浆体弹性模量为混凝土弹性模量的十分之一,变形也只增加0.3%.

由上述分析可得到下述结论:接缝不灌浆是不行的,只要浆体灌进了接缝,由于接缝开度与接缝间距的比值B/L很小,即使浆体质量稍差一些,对坝体应力和变位的影响也是很小的。4 横缝不抗拉对拱坝应力的影响

一般认为横缝抗拉能力是很弱的,横缝不抗拉,对拱坝应力的影响如何是人们所关心的问题,下面对这个问题的影响因素进行分析。

(A)横缝抗拉 (B)横缝不抗拉

图5 缝面上应力分布

4.1 受拉深度 如果横缝抗拉如图5(A)所示,设拱坝厚度为T,按弹性体计算,受拉深度为A,边缘最大拉应力为ΣT,边缘最大压力为ΣC(均取绝对值).断面上承受的轴向力为N0,弯矩为M0.根据平截面假定,可知:

式中:Ρ=ΣT/ΣC=(A/T)/(1-A/T).

如果横缝不抗拉,如图5(B)所示,设开裂深度为C,轴向力为N,弯矩为M,边缘最大压应力为Σ′C,假定压应力为直线分布,可知:

由于拱坝是超静定结构,考虑横缝不抗拉后,内力将有所调整。设

N=NN0, M=MM0 (20)

把式(18)、式(19)代入上式,有

C/T=1/2[M(1 Ρ)/N(1-Ρ)-1] (21)

Σ′C/ΣC=2N2 (1-Ρ) 2/3N(1-Ρ)-M(1 Ρ) (22)

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