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中孔下游悬臂闸墩是拱坝坝体结构的重要组成部分,不仅收缩水流,方便水流控制,且作为支撑大梁的附着结构,承担弧形闸门传递的巨大水推力,但由于受到溢流宽度的限制,闸墩断面尺寸不可能设计过大,导致在整个混凝土闸墩墙面上形成大面积的拉应力区,尤其是闸室边墙与下游坝面接触部位处容易出现应力集中,而混凝土是一种抗压不抗拉的脆性材料,使得拱坝中孔下游悬臂闸墩上存在较大的开裂风险。 开裂的混凝土拱坝中孔下游悬臂闸墩,会使得闸墩钢筋暴露在空气中,与潮湿空气接触,导致钢筋锈蚀,降低钢筋的承载能力,同时也会引起拱坝中孔下游悬臂闸墩产生过大的变形,造成弧形闸门无法正常启闭,危害大坝安全。因此,本文以拱坝中孔下游悬臂闸墩开裂为研究对象,对开裂成因进行分析。主要研究内容如下: (1)建立某实际工程的带孔口拱坝三维有限元模型,应用Abaqus有限元计算软件,分析各个工况下大坝在自重荷载、预应力、水荷载、淤沙压力与温度荷载作用下所产生的结构应力与位移,根据拱坝中孔下游悬臂闸墩的应力分析选出了校核洪水位的温升工况最不利荷载组合工况,并利用子模型有限单元法与常规有限单元法进行对比分析,排除网格的划分对计算结果的影响。该分析为考虑混凝土计算力学参数对闸墩开裂的影响选择合适的计算工况做铺垫。 (2)考虑到拱坝中孔闸墩是复杂的钢筋混凝土结构,且在运行期长期受到外部环境的影响,闸墩混凝土的等效弹性模量和容重很难确定。本文拟定0.6E0~1.4E0以及0.6G0~1.4G0,利用非线性有限单元法,计算最不利荷载组合工况条件下拱坝中孔下游悬臂闸墩的最大拉应力和等效竖向应变以及位移,对比分析得到等效弹性模量和容重的不确定性对拱坝中孔下游悬臂闸墩开裂的影响较小,不能作为拱坝中孔下游悬臂闸墩开裂的主要原因。 (3)温度应力一直是影响混凝土开裂的重要因素,本文建立了高温季节库底冷水下泄的温度场仿真模型,计算得到该条件下中孔闸墩的温度分布情况,并通过回代至应力场计算,得到拱坝中孔下游悬臂闸墩的应力以及等效塑性应变,发现混凝土有较为明显的塑性屈服区域,与实际开裂的部位较为相符,可以判断高温季节冷水下泄是导致拱坝中孔下游悬臂闸墩开裂的主要原因。 通过上述研究,明确了拱坝中孔下游悬臂闸墩与下游坝面接触部位附近,产生贯穿裂缝的主要原因,为开裂闸墩提出有针对性的加固措施和为在建或待建拱坝中孔下游悬臂闸墩运行期防裂提供一定参考。