航电枢纽闸墩裂缝成因分析及加固措施研究

摘要

航电枢纽闸墩结构上所产生的裂缝是一个很普遍的现象。有些裂缝严重的影响了闸墩的稳定性，如贯穿性的裂缝、深层性裂缝。裂缝所产生的原因比较复杂，有可能由于某一种原因导致而成，也可能是由于很多种综合原因产生。产生裂缝的原因主要可能有钢筋不足、温度应力、闸门的推力等因素。
　　 本文以株洲航电枢纽溢流坝段25#边墩作为实际的研究对象，通过建立闸坝三维有限元模型，探讨裂缝产生的原因。从计算结果可以分析出，在正常运行情况下的工作应力不至于使闸墩产生裂缝，浇注时的温度应力可能是影响闸墩裂缝的最主要的原因。
　　 然后从有裂缝的闸墩模型出发，建立三维钢筋混凝土非线性有限元模型，含裂缝闸墩模型中裂缝采用双排节点的办法进行模拟。分别分析了有裂缝闸墩模型不含钢筋影响和含有钢筋模型影响两种工况，并且分别从两种水位情况进行有限元计算。从强度角度考察是否对有必要对产生裂缝的闸墩进行加固。通过计算结果可以得出在背水面裂缝处仍然存在拉应力集中，使得塑性范围变大，裂缝存在着一定的发展趋势。所以裂缝对闸墩的安全性存在着很大的影响，对株洲航电枢纽溢流坝段25#边墩进行加固是十分有必要的。
　　 最后对加固的方案进行的研究，采用的方案为预应力锚索方案和粘贴钢板加固方案两种方案，结合是否方便施工、工程量的消耗的多少和有限元计算结果这三点来综合考虑。结果表明采用预应力锚索方案对裂缝处的混凝土应力改善并不明显，而采用粘贴钢板方案可以有效的控制裂缝处应力大小及裂缝处的应力分布范围，保证了株洲航电枢纽溢流坝段25#边墩的正常运行。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的背景

1．2 水工建筑物中裂缝的特点

1．2．1 表面裂缝

1．2．2 基础贯穿裂缝

1．2．3 深层裂缝

1．3 闸墩裂缝成因研究的现状

1．3．1 闸墩的钢筋不足

1．3．2 温度应力

1．3．3 干缩裂缝

1．3．4 钢筋锈蚀裂缝

1．3．5 碱骨料反应裂缝

1．4 闸墩加固措施研究现状

1．4．1 间接加固法

1．4．2 直接加固法

1．5 本文主要研究内容

第二章 理论基础和方法

2．1 有限元的基本方法和理论

2．1．1 弹性体的基本假设

2．1．2 弹性力学的基本方程

2．2 非线性有限元模型的建立

2．2．1 结构非线性有限单元法

2．2．2 混凝土的破坏的准则

2．2．3 钢筋混凝土模型的建立

2．2．4 SOLID65单元的介绍

2．2．5 LINK8单元的介绍

第三章 闸墩无缝状态下的线弹性分析

3．1 计算模型的假设及建立

3．1．1 单元类型和网格划分

3．1．2 SURF154的单元介绍

3．2 坝基及闸墩混凝土计算参数

3．3 应力分析时所考虑的主要工况

3．4 荷载组合

3．5 计算结构分析

3．5．1 位移和应力结果分析结果分析

3．5．2 应力结果分析

第四章 含裂缝模型强度分析

4．1 有限元模型的建立

4．1．1 非线性分析有限元模型

4．2 计算工况

4．2．1 工况一的计算结果

4．2．2 工况二的计算结果

4．2．3 工况三的计算结果

4．2．4 工况四的计算结果

4．3 小结

第五章 加固方案的比较和选择

5．1 钢板加固方案

5．1．1 钢板布置方案

5．1．2 计算工况及结果分析

5．2 预应力锚索方案

5．2．1 锚索布置方案

5．2．2 锚索布置方案工况计算及分析

5．3 小结

总结与展望

本文的工作总结

展望

参考文献

致谢

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