橫縫影響分析

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

兩類橫縫接觸模型

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。

橫向接縫包括橫向縮縫、橫向施工縫和橫向脹縫三種類型。

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?。划?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)是車輛的兩側(cè)車輪不同時(shí)作用在橫縫上，可減少接縫不平整（錯(cuò)臺(tái)等）對(duì)行車的影響；同時(shí)，也可避免等間距布置時(shí)可能出現(xiàn)的車輛共振現(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?；炷撩姘宓恼w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