橫縫模型應(yīng)用

兩類(lèi)橫縫接觸模型

基于主、從接觸面的接觸邊界方法，采用限制接觸面切向滑移的彈簧單元，模擬切向完全約束的高拱壩橫縫在地震動(dòng)荷載作用下張開(kāi)、閉合的非線(xiàn)性力學(xué)行為，并應(yīng)用有限元隱式迭代方法求解結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。為了適應(yīng)拱壩計(jì)算，對(duì)基于接觸邊界的ABAQUS模型進(jìn)行了功能擴(kuò)展，包括引入彈簧單元約束切向滑移、嵌入有限元庫(kù)水附加質(zhì)量等。通過(guò)討論接觸邊界與接觸單元模型的有限單元格式，比較了兩類(lèi)接觸模型的特點(diǎn)。分別采用該模型與基于接觸單元法的ADAP-88模型模擬某拱壩的動(dòng)力響應(yīng)，兩者得到了基本一致的規(guī)律：結(jié)點(diǎn)位移與橫縫開(kāi)度吻合良好，動(dòng)位移與開(kāi)度時(shí)程反映出相同的動(dòng)力響應(yīng)周期，二者都反映出橫縫張開(kāi)引起的拱向拉應(yīng)力釋放和梁向應(yīng)力的增加。通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證了ABAQUS模型在拱壩動(dòng)力計(jì)算方面的適用性，說(shuō)明該模型適合作為一個(gè)擴(kuò)展平臺(tái)嵌入其他的本構(gòu)、邊界模型以全面模擬實(shí)際拱壩的動(dòng)力特性。

分別采用基于ABAQUS的接觸邊界模型與基于ADAP-88的接觸單元模型研究拱壩橫縫的力學(xué)行為。對(duì)ABAQUS模型的部分功能進(jìn)行了擴(kuò)展，包括增加限制切向約束的彈簧單元、引入實(shí)體單元位移非協(xié)調(diào)項(xiàng)以及考慮庫(kù)水-壩體相互作用的動(dòng)水附加質(zhì)量計(jì)算。通過(guò)討論兩個(gè)接觸模型的力學(xué)描述以及隨后進(jìn)行的拱壩的動(dòng)力分析，得出以下結(jié)論：

(1)相對(duì)接觸單元嚴(yán)格要求接觸兩側(cè)網(wǎng)格匹配，接觸邊界模型在網(wǎng)格劃分上更為靈活，可以根據(jù)需要調(diào)整接觸界面兩側(cè)的網(wǎng)格密度，以模擬兩側(cè)剛度差異較大的接觸問(wèn)題；

(2)兩個(gè)數(shù)值模型得到了基本一致的位移、橫縫開(kāi)度結(jié)果，應(yīng)力結(jié)果亦反映出相同的規(guī)律，即：橫縫張開(kāi)引起結(jié)構(gòu)應(yīng)力重分布，壩體中、上部動(dòng)力效應(yīng)最為明顯，拱向拉應(yīng)力顯著下降，梁向動(dòng)應(yīng)力增加；

(3)ABAQUS模型與ADAP-88模型計(jì)算結(jié)果的吻合，驗(yàn)證了前者在模擬橫縫拱壩動(dòng)力響應(yīng)方面的適用性，為今后基于該模型研究拱壩材料非線(xiàn)性與抗震加固措施等影響奠定了基礎(chǔ)。

模擬實(shí)際橫縫間距

采用Fenves接觸單元模型對(duì)小灣拱壩在地震作用下的橫縫非線(xiàn)性特性進(jìn)行了細(xì)致深入的研究，內(nèi)容包括有限元網(wǎng)格收斂性、橫縫模擬間距和模擬條數(shù)收斂性、橫縫灌漿強(qiáng)度的影響、不同水位的影響等，首次采用實(shí)際橫縫間距和最多達(dá)到25條的橫縫模擬條數(shù)對(duì)小灣拱壩進(jìn)行非線(xiàn)性地震分析，揭示出了許多重要工程規(guī)律。 Fenves關(guān)于“拱壩橫縫非線(xiàn)性分析中只模擬3條橫縫就足夠了”的研究結(jié)論，對(duì)于應(yīng)力分析結(jié)果尚可成立，但要得到符合實(shí)際的橫縫張開(kāi)度，必須在拱壩關(guān)鍵部位以真實(shí)間距模擬橫縫，并保證一定的模擬條數(shù)。此外，不同庫(kù)水位對(duì)非線(xiàn)性響應(yīng)影響顯著，應(yīng)予以考慮。

《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CJJ1-2008）

1、橫縫施工應(yīng)符合下列規(guī)定：

2、脹縫間距應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，縫寬宜為20mm。在與結(jié)構(gòu)物銜接處、道路交叉和填挖土方變化處，應(yīng)設(shè)脹縫。

3、脹縫上部的預(yù)留填縫空隙，宜用提縫板留置。提縫板應(yīng)直順，與脹縫板密合、垂直于面層。

4、縮縫應(yīng)垂直板面，寬度宜為4～6mm。切縫深度：設(shè)傳力桿時(shí)，不得小于面層厚三分之一，且不得小于70mm；不設(shè)傳力桿時(shí)不得小于面層厚四分之一，且不得小于60mm。

5、機(jī)切縫時(shí)，宜在水泥混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度25%～30%時(shí)進(jìn)行。

混凝土拱壩中的橫縫在強(qiáng)震作用下會(huì)發(fā)生張開(kāi)、閉合和沿縫界面的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)等現(xiàn)象， 從而對(duì)壩體應(yīng)力大小和分布都會(huì)產(chǎn)生很大的影響， 因此考慮橫縫影響的拱壩動(dòng)力響應(yīng)分析對(duì)高拱壩的抗震安全評(píng)價(jià)具有重要意義。 ( 1) 縫的張開(kāi)可避免大的拱向應(yīng)力出現(xiàn)， 內(nèi)力由拱向向梁向傳遞； ( 2) 在壩體模型中布置 3 條縫就可以既能滿(mǎn)足求解精度又能提高計(jì)算效率； ( 3) 沿伸縮縫剪切滑動(dòng)對(duì)壩體的位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)有重要影響。但國(guó)外的研究大都針對(duì) 100m 級(jí)的拱壩， 我國(guó)學(xué)者還針對(duì)正在建設(shè)中的 300m 級(jí)的超高拱壩——小灣拱壩中的橫縫條數(shù)、橫縫間距對(duì)壩體地震響應(yīng)的影響進(jìn)行了大量的研究 ， 并得到了一些對(duì)工程實(shí)際有重要參考價(jià)值的規(guī)律 。但由于研究者所采用的橫縫計(jì)算模型與計(jì)算方法的不同， 使得計(jì)算出的橫縫開(kāi)度沿拱圈方向的分布規(guī)律以及縫開(kāi)度的大小都有很大的差別。例如， 對(duì)小灣拱壩的研究就出現(xiàn)了這種情況 。強(qiáng)震時(shí)高拱壩的橫縫張開(kāi)度大小及其對(duì)大壩地震響應(yīng)的影響關(guān)系到拱壩的抗震安全評(píng)價(jià)的結(jié)果以及所需要采取的抗震工程措施， 具有重要的實(shí)際意義。在西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略支撐下，‘’十五‘’期間我國(guó)將有一批世界級(jí)的高拱壩在西部地區(qū)進(jìn)行建設(shè)或規(guī)劃進(jìn)行建設(shè)。所以， 考慮橫縫影響的拱壩地震響應(yīng)分析仍有進(jìn)行深入研究的必要。

在求解三維彈性靜 力摩擦接觸問(wèn)題的有效方法- 非光滑方程 組方法的基 礎(chǔ)上， 通過(guò)能夠近似滿(mǎn)足動(dòng)量、動(dòng)能守恒條件的 速度、加速度的修正方法， 將該方法推廣到動(dòng)力接觸問(wèn)題的求解中， 以考慮地震時(shí)拱壩中橫縫的開(kāi)合、錯(cuò)動(dòng)對(duì)壩 體動(dòng)力響應(yīng)的影響。 同時(shí)采 用由多次透 射公式 表示的人工邊界條件來(lái)考慮壩- 基動(dòng)力相互作用的影響。數(shù)值算例中分析了 橫縫的數(shù) 目和布置位 置對(duì)拱壩動(dòng)力響應(yīng)的影響。 2100433B

橫向接縫包括橫向縮縫、橫向施工縫和橫向脹縫三種類(lèi)型。

橫接縫橫向縮縫

縮縫的作用是控制由于混凝土的初期收縮和翹曲變形所產(chǎn)生的裂縫。

1）縮縫間距和布置

縮縫間距即為混凝土面層板塊的長(zhǎng)度。隨著板長(zhǎng)的增加，混凝土面板的溫度翹曲應(yīng)力迅速增大，收縮應(yīng)力也將增大。對(duì)現(xiàn)有鋪面的大量使用調(diào)查表明，當(dāng)板長(zhǎng)控制在5～6 m以下時(shí)，出現(xiàn)橫向斷裂的斷板率（斷裂板塊數(shù)占總板塊數(shù)的比例）很??；當(dāng)板長(zhǎng)超過(guò)此范圍時(shí)，橫向斷裂的斷板率急劇增大。同時(shí)，板長(zhǎng)越短，溫度變化引起的板長(zhǎng)伸縮量越小，因而縫隙的變化量也越小，這對(duì)于保證接縫的傳荷能力可以起重要作用，特別是對(duì)于靠集料嵌鎖作用傳荷的假縫作用更大。因此，都傾向于采用短板，縮縫間距為4～5m。

縮縫通常都垂直于行車(chē)方向等間距布置。為改善行駛質(zhì)量，國(guó)外也有采用變間距縮縫，并與行車(chē)方向傾斜布置。例如，傾角1：6，變間距為4.8—5.7—5.4—3.6（m），或3.0一4.2—3.9—2.7（m），或5.1—6.9—6.6—4.8（m）等。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是車(chē)輛的兩側(cè)車(chē)輪不同時(shí)作用在橫縫上，可減少接縫不平整（錯(cuò)臺(tái)等）對(duì)行車(chē)的影響；同時(shí)，也可避免等間距布置時(shí)可能出現(xiàn)的車(chē)輛共振現(xiàn)象。

2）縮縫構(gòu)造

橫向縮縫有假縫和設(shè)傳力桿假縫兩種形式。前者依靠接縫槽口下混凝土斷裂面處集料的嵌鎖作用傳遞荷載；后者則除了嵌鎖作用外，主要依靠傳力桿傳荷。在縫隙較寬和行車(chē)荷載多次作用的情況下，假縫的傳荷能力會(huì)急劇下降，以至于沒(méi)有傳荷能力。因而，在特重和重交通的道路上，應(yīng)采用設(shè)傳力桿假縫的形式，以減少可能出現(xiàn)的錯(cuò)臺(tái)損壞。

橫接縫橫向施工縫

每天工作結(jié)束或因臨時(shí)原因而中斷施工時(shí)，須設(shè)置施工縫。前者設(shè)在橫向縮縫或脹縫處，后者可能設(shè)在縮縫處，也可能設(shè)在兩條縮縫的中間。設(shè)在縮縫處的施工縫應(yīng)做成平縫形式。為保證接縫的傳荷能力，應(yīng)設(shè)置傳力桿。設(shè)在兩條縮縫間的施工縫做成企口縫形式，并設(shè)拉桿以保證接縫縫隙不張開(kāi)。

橫接縫橫向脹縫

在鄰近橋梁或其他固定構(gòu)造物處，或者與其他道路相交處，應(yīng)設(shè)置橫向脹縫?？s縫間距小和混凝土澆筑時(shí)的氣溫較高（例如，5℃～10℃以上）時(shí)，僅需在遇到固定結(jié)構(gòu)物和不對(duì)稱(chēng)交叉口處設(shè)置脹縫。脹縫寬20～25 mm，縫內(nèi)設(shè)置填縫板和可滑動(dòng)的傳力桿，傳力桿的尺寸、間距和要求，與縮縫傳力桿相同。傳力桿的一半以上長(zhǎng)度須涂以瀝青或覆上塑料套，傳力桿的一端加一金屬套，內(nèi)留空隙（其中填以彈性材料），以便板伸長(zhǎng)時(shí)傳力桿有向前移動(dòng)的余地。

（一）橫向縮縫的構(gòu)造與布置

橫向接縫可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用假縫形式等間距或變間距布置。特重和重交通公路、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)以及鄰近脹縫或自由端部的3條縮縫，應(yīng)采用設(shè)傳力桿假縫形式，其他情況可采用不設(shè)傳力桿假縫形式。

橫向縮縫頂部應(yīng)鋸切槽口，深度為混凝土面層厚度的（1/5）～（1/4），寬度為3～8mm，槽內(nèi)填塞填縫料。高速公路的橫向縮縫的槽口，應(yīng)增設(shè)深20mm、寬6～10 mm的淺槽口。

（二）橫向施工縫的構(gòu)造與布置

設(shè)在縮縫處的橫向施工縫，應(yīng)采用加傳力桿的平縫形式，設(shè)在脹縫處的橫向施工縫，其構(gòu)造與脹縫相同。如果遇有困難需設(shè)在縮縫之間時(shí)，施工縫宜采用設(shè)拉桿企口縫形式。

（三）橫向脹縫的構(gòu)造與布置

在橋梁附近或其他固定構(gòu)造物處或與其他道路相交處應(yīng)設(shè)置橫向脹縫。設(shè)置脹縫的條數(shù)，應(yīng)根據(jù)水泥混凝土面板預(yù)計(jì)的膨脹量大小而定。在低溫澆筑混凝土面層或選用膨脹性較高的集料時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際酌情確定是否設(shè)置脹縫。脹縫的寬度一般為20mm，縫內(nèi)應(yīng)設(shè)置填縫板和可滑動(dòng)的傳力桿。

（四）橫向接縫中傳力桿設(shè)置

傳力桿的主要作用是增強(qiáng)路面板的傳遞荷載能力，確保混凝土面板的整體性，提高路面的平整度和使用品質(zhì)。橫向接縫中的傳力桿應(yīng)采用光面鋼筋，設(shè)在面板厚的中央，并保證傳力桿的一半長(zhǎng)度能夠自由滑動(dòng)，以防止因設(shè)置傳力桿而引起收縮裂縫的轉(zhuǎn)移。最外側(cè)的傳力桿距縱向接縫或自由邊的距離為150～250mm。

介紹

焊縫傾角在0~5度，焊縫轉(zhuǎn)角在70~90度的平焊位置施焊的焊縫。焊縫利用焊接熱源的高溫，將焊條和接縫處的金屬熔化連接而成的縫。焊縫金屬冷卻后，即將兩個(gè)焊件連接成整體。根據(jù)焊縫金屬的形狀和焊件相互位置的不同，分對(duì)接焊縫、角焊縫、塞焊縫和電鉚焊等。對(duì)接焊縫常用于板件和型鋼的拼接；角焊縫常用于搭接連接；塞焊縫和電鉚焊應(yīng)用較少，僅為了減小焊件搭接長(zhǎng)度才考慮采用。2100433B