紧水滩电站混凝土拱两岸横缝开裂的有限元数值分析

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1、广西水利水电GUANGXIWATERRESOURCES&HYDROPOWERENGINEERING2015(5)·工程整治·紧水滩电站混凝土拱两岸横缝开裂的有限元数值分析陈海龙，陈树强(广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司，南宁533000)【摘要]以紧水滩水电站混凝土拱坝两岸横缝监测开裂的实际情况为例，采用ANSYS有限元软件，考虑}昆凝土材料非线性和横缝接触非线性，分析了两岸坝肩横缝开裂对拱坝T作性态的影响，并对横缝开裂对坝体安全影响做出综合评价。【关键词]拱坝；横缝；开裂；有限元分析；紧水滩水

2、电站[中图分类号]TV314[文献标识码]B【文章编号]1003—1510(2015)05-0058-031概述根据埋设在拱坝横缝埋设的测缝计在运行期在混凝土拱坝施工过程中，一般设置横缝将整监测资料的分析判断知，该拱坝主要在第2条和个坝体划分为若干坝段施工。在各坝块浇筑到一第18条横缝处发生开裂，缝宽变幅在1．33～2．12mm定高程后，该高程以下的横缝通过灌浆逐步使各坝之间。段相互连接，最终形成一个整体。因此在对混凝土拱坝结构设计和应力计算时，都把它看作是一种整3有限元模型的建立及初始条件体性很

3、好的高次超静定空问壳体结构UI。但在实际3．1有限元模型运行中发现，许多已建混凝土拱坝的横缝状态并非本文在用ANSYS建立有限元计算三维实体模像人们设想的那么理想，即被水泥石充填密实，使型时，计算范围的选取为：坝上游取1．0倍坝高，下相邻两坝体联结成一整体，而是仍然存在缝隙，有游取2．0倍坝高，坝基的深度方向取1．0倍坝高，岸的缝隙很明显，随着温度的升高和降低呈闭合和张坝间基岩取1．0倍坝高。根据计算工况需要及周边开变化。这些缝面在加载过程中可能出现张开、滑缝和横缝布置情况，建立拱坝的整体有限元网

4、格。移现象或保持粘结状态，有时对坝体的应力、变形然后根据横缝开裂与不开裂情况，分别将缝处的单均有较大影响。元属性进行相应的改变。计算分析中，坝体和坝肩(基)岩体采用为8节点6面体单元进行有限元离2工程概况散，坝体横缝采用4节点接触单元模拟并只计算线紧水滩水电站大坝为三心双曲变厚混凝土拱弹性部分的应力变形。整个计算区域共离散为坝，坝高102ITI，坝顶弧长350．6m，坝顶厚5m，底部32920个节点，25710个单元，其中沿坝体厚度方向最大厚度24．6m，厚高tL0．24。从左岸至右岸依序共剖分为

5、4层，共计14864个节点，10196个单元，横设19条横缝，将拱坝分成2O个坝段，拱坝横缝布置缝接触单元为256个。坝体和坝基整体三维有限元见图1。模型见图2。横缝第2对含横缝的碾压混凝土拱坝的变形及应力分布计算结果：横缝开裂后当缝宽分别为1mm和2mm时与无缝时相比，拱坝的应力和变形发生显著一。。性变化，但缝宽分别为1mm和2mill时，拱坝的应力和变形差别不是很大，。所以本文对拱坝横缝f收稿日期】2015-08—31【作者简介】陈海龙(1981一)，男，广西南宁人，广西大藤峡水利枢纽开发有限

6、责任公司T程师，硕士，从事水利T程建设与管理T作。5g广西水利水电GUANGXIWATERRESOURCES&HYDROPOWERENGINEERING2015(5)开裂数值分析计算中坝体横缝开裂宽度为2mlTl。落水位164．0m+温升)；计算中有限元的2条横缝，分别为第2条和18条，为工况(4)：有缝非线性分析(坝体自重+最低消贯穿性横缝，从坝底延伸到坝顶。横缝的数值模拟落水位164．0m+温升)；采用离散型缝单元，在缝的两侧坝体单元表面定义工况(5)：无缝非线性分析(坝体自重+校核洪接触单元

7、，一侧为接触面单元，另一侧为目标面单元。水水位192．7m+温升)；工况(6)：有缝非线性分析(坝体自重+校核洪水水位192．7m+温升)。4非线性开裂计算成果及分析本文计算中，顺河向位移以指向下游为正，垂直河向位移以指向左岸为正，铅直位移以向下为正，单位为mm，应力以拉为正，压为负，应力单位为MPa。分别考虑分析坝体在温降和温升条件下横缝图2拱坝坝体及坝体网格模型图开裂前后坝体整体性能的影响。4．1温降条位下坝体位移、应力分析由于计算的是运行期裂缝的行为，不考虑混凝4．1．1位移计算成果分析土的

8、浇筑过程，坝体自重一次性施加，不考虑地基拱坝在正常蓄水位184．0In下的特征位移包地应力的影响，即模拟时地基容重取为0。地基对括顺河向位移，横河向位移，铅直方向位移，坝体在裂缝的影响很小，简化采用线弹性本构关系，坝体有缝和无缝工况下的特征位移见表2。和地基的主要物理力学参数见表1。坝体混凝土线膨胀系数为0．8×10／℃，凝聚力为2．45MPa，内摩擦表2温降拱坝在正常蓄水位下各工况特征位移值mm角为62．47。。表1材料参数表募分区／(密kg／度m)降／陛G模Pa量泊⋯松⋯比豢数