水闸闸墩钢筋插入底板深度的研究.pdf

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1、第41卷第3期人民长江Vo1．41．No．32010年2月YangtzeRiverFeb．，2010文章编号：1001—4179(2010)03—0064—03水闸闸墩钢筋插入底板深度的研究张建华，赵四新，李沐春，邓海忠(1．江西省水利规划设计院，江西南昌320029；2．湖北省汉江河道管理局，湖北潜江433100)摘要：水工混凝土结构设计规范中要求闸墩钢筋插入底板的深度应在底板拉应力区且应力值小于0．7f,的基础上加上锚固长度。但是，对于底板或坝体的应力分布，采用一般的材料力学法往往是难以求得的，所以

2、插入深度一直存在一定的经验性。通过建立水闸整体模型，对闸墩和底板的应力分布进行计算，以Willam—Warnke五参数模型为混凝土破坏准则判据，求出钢筋插入的最小深度，结果可以为闸墩设计中钢筋插入深度提供合理的参考依据。关键词：有限元法；闸墩；钢筋锚固长度；Willam—Warnke；水闸中图法分类号：TV66文献标志码：A水工混凝土结构设计规范中要求闸墩钢筋插入底考虑几何边界条件作适当修改后，求解上式所示板的深度应在底板拉应力区且应力值小于0．的基的高阶线性代数方程组，得到结构所有的未知结点位础上加上

3、锚固长度，但是现行水闸设计规范对于底板移(同矩阵位移法)。最后利用已求出的结点位移计的分析计算仍然推荐采用“截板成梁”法简化为平面算各个单元的应力。问题进行计算，所以对于底板或坝体的应力分布往对于闸墩结构而言，在结构中包含了3类单元：混往是难以求得的，加之钢筋混凝土在荷载作用下的结凝土单元、钢筋单元和接触单元。把这3类单元的刚构反映相当复杂，因而闸墩中钢筋的插入深度一直存度矩阵加以组合，即得到如下的结构整体刚度矩阵：在一定的经验性，没有量化指标。[]=∑]+∑[]+∑[]笔者借助有限元法作为分析手段，首

4、先利用钢筋式中，[]为整体刚度矩阵；[]为混凝土单元刚度混凝土结构设计方法计算截面配筋，建立水闸整体模型，通过计算水闸整体模型的应力分布，首先以0．7f,矩阵；[]为钢筋单元刚度矩阵；f]为接触单元刚为基础设置不同的插入深度，以Willam～Warnke五参度矩阵。本文采用钢筋单元与混凝土单元共有节点的数模型为混凝土破坏准则判据，求出钢筋插入的最小方式进行分析，所以不考虑接触单元。在求出整体位移深度，为闸墩设计中钢筋插入深度提供定量参考依据。量{A}后，按照各自的本构关系，分别计算混凝土、钢筋单元的应力

5、。1计算原理与分析方法1．2混凝土开裂准则1．1有限元法求解原理本文利用Willam—Warnke五参数破坏准则对混在对结构离散化的基础上，逐个叠加单元刚度、位凝土的开裂和压碎进行判断。Willam—Warnke五参移和载荷矩阵进行整体分析，生成结构刚度矩阵数破坏准则认为多轴应力状态下的失效准则表达式[]、结构结点位移列阵{6}和载荷列阵{F}，并利用为：平衡条件建立力和位移的关系式，即所谓结构刚度方{一S’≥0程：[]{6}={F}式中，为主应力(or，：，，)的函数；s为失效面函收稿日期：2009—

6、10—10作者简介：张建华，男，高级工程师，主要从事水电及土木工程的设计工作。E—mail：zjh@jxsly．com第3期张建华，等：水闸闸墩钢筋插入底板深度的研究65数，系五参数表示的函数，5个参数分别为：混凝土的边临空。为此本文均以此种工况为计算条件，通过分单轴极限抗压强度、单轴极限抗拉强度、双轴极限．析此时的应力分布状况，计算钢筋的最小插入深度。抗压强度、静水压力状态下的双轴抗压强度、静水压力状态下的单轴抗压强度．。对于闸墩的应力状态，由于围压小于√3倍的混凝土单轴抗压强度(以C25为例)，五参

7、数的确定可以使用小围压状态下的默认值，分析时只提供混凝土的单轴极限抗压和单轴极限抗拉强度，其余参数使用William—Wamke五参数模型的默认值，即=1．、=1．45f、．厂1=1．725f．。由于3个主应力有4种取值范围，因此混凝土失效行为也可以分为4个范围，不同应力状态下，对应不同的F和5，所采用的破坏模型也不一样。2计算模型与计算步骤图1水闸整体模型当钢筋插入底板2．0m和1．5m深时，钢筋周围计算模型以某水闸模型为基础，采用设计计算所混凝土受力情况相似，混凝土节点受力状况稳定，在钢得的配筋率，

8、首先对闸墩和底板在正常蓄水位时的应筋末端2．0～1．0I1范围，混凝土对钢筋的握裹力随钢力分布进行计算，然后以0．7f,为基础设置不同的插入筋埋深的减少而逐步上升，在插入1．0m深处出现峰深度，以Willam—Warnke五参数模型为混凝土破坏准值，应力值均为0．50MPa左右，在插入深度1．0m至则判据，求出钢筋插入的最小深度。闸墩与底板连结处，由于混凝土保护层局部开裂的影水闸的基本数据为：净宽16ITI，采用钢筋混凝土响，混凝土内部应力