新型預(yù)應(yīng)力閘墩結(jié)構(gòu)受力性能試驗(yàn)研究
 

摘要：由于閘墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往受到頸部應(yīng)力狀態(tài)制約，預(yù)應(yīng)力技術(shù)成為改善大型弧門(mén)閘墩結(jié)構(gòu)受力性能的重要措施。錨塊結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)頸部受力的影響是大型弧門(mén)閘墩工程設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的主要問(wèn)題。本文利用結(jié)構(gòu)仿真模型試驗(yàn)，以蒲石河電站排沙閘預(yù)應(yīng)力閘墩為例研究了錨塊內(nèi)設(shè)置空腔引起的頸部抗裂性能、錨塊內(nèi)應(yīng)力分布的變化，討論了空腔錨塊對(duì)預(yù)應(yīng)力閘墩結(jié)構(gòu)受力性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，新型空腔式錨塊設(shè)計(jì)方案能夠有效地提高閘墩頸部的預(yù)壓效果，提高閘墩頸部抗裂性能。
 

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力閘墩；模型試驗(yàn)；空腔式錨塊；受力性能；預(yù)應(yīng)力錨束
 

中圖分類號(hào)：TV32+1                        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A   

1 研究背景
 

      近年來(lái)，水利樞紐泄洪流量不斷增大，工作水頭不斷提高，弧門(mén)推力也越來(lái)越大，對(duì)閘墩受力性能的影響也愈來(lái)愈復(fù)雜。大噸位弧門(mén)推力對(duì)閘墩受力性能的影響，已經(jīng)在許多大型弧門(mén)閘墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中得到充分重視^[1]?；⌒伍l門(mén)的巨大推力通過(guò)支承結(jié)構(gòu)傳遞到閘墩，由于閘墩支承結(jié)構(gòu)多采用錨塊型式，錨塊下游沒(méi)有大體積混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)分擔(dān)推力，因而造成錨塊和閘墩的連接部位(閘墩頸部)有明顯的應(yīng)力集中，在該處形成高拉應(yīng)力區(qū)可能導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂^[2]。此類大型弧形閘門(mén)的支承結(jié)構(gòu)，只有采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)才能滿足閘墩結(jié)構(gòu)正常運(yùn)行期間的抗裂或限裂要求^[3]。
 

      過(guò)去國(guó)內(nèi)許多學(xué)者開(kāi)展了預(yù)應(yīng)力閘墩結(jié)構(gòu)形式與受力機(jī)理研究。李傳才、賀采旭等對(duì)預(yù)應(yīng)力閘墩的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討，提出了預(yù)應(yīng)力閘墩的開(kāi)縫錨塊結(jié)構(gòu)形式，認(rèn)為這種錨塊形式改變了預(yù)加力的傳力路徑，增加了頸部的預(yù)壓應(yīng)力，提高了預(yù)應(yīng)力效果^[4-5]。朱暾等在用有限元法分析大推力預(yù)應(yīng)力閘墩頸部應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上，建議采用頸部開(kāi)槽的結(jié)構(gòu)形式^[6]。
 

      為了優(yōu)化錨塊內(nèi)及閘墩頸部的應(yīng)力分布，可在閘墩錨塊內(nèi)設(shè)置空腔來(lái)提高預(yù)應(yīng)力效果。錨塊內(nèi)空腔大小、位置的選取，以及對(duì)閘墩頸部及錨塊體內(nèi)應(yīng)力的影響一直是理論界及工程界關(guān)心的重點(diǎn)問(wèn)題。本文結(jié)合蒲石河抽水蓄能電站排沙閘預(yù)應(yīng)力閘墩工程，對(duì)空腔式錨塊閘墩結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模型試驗(yàn)研究，分析了3種設(shè)計(jì)工況作用下新型閘墩的受力性能。
 

2 研究工程概況
 

      蒲石河抽水蓄能電站排沙閘采用大型弧形工作門(mén)擋水，孔口尺寸為14m×20m，弧門(mén)推力達(dá)到34000kN，閘墩厚4m，具有推力大、力臂長(zhǎng)的特點(diǎn)，必須采用預(yù)應(yīng)力錨束來(lái)提高閘墩關(guān)鍵部位抗裂能力。預(yù)應(yīng)力錨束由主錨束和次錨束共同組成，主錨束通常為沿弧形閘門(mén)推力方向布置。同時(shí)在錨塊內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的與主錨束相互垂直的水平次錨束，減小由弧形閘門(mén)推力的彎曲作用在錨塊內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，改善錨塊內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)。為了提高主錨束的預(yù)壓效果，設(shè)計(jì)中采用空腔式錨塊的技術(shù)方案，其結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。
 

     該結(jié)構(gòu)型式是通過(guò)在錨塊內(nèi)設(shè)置空腔，將主錨束的預(yù)壓力轉(zhuǎn)移到弧門(mén)推力的作用線附近，在閘墩頸部斷面外表面產(chǎn)生壓應(yīng)力集中，改善簡(jiǎn)單錨塊式預(yù)應(yīng)力閘墩頸部斷面在運(yùn)行中出現(xiàn)的外表面壓應(yīng)力不足，中部壓應(yīng)力富余的問(wèn)題，可大大節(jié)省錨束用量?？涨坏拈L(zhǎng)度可根據(jù)弧門(mén)推力大小、預(yù)應(yīng)力錨束的噸位、數(shù)量以及施工工藝等來(lái)調(diào)整。錨束張拉結(jié)束后，將空腔回填，既不影響錨塊的整體性，又可保證回填混凝土不承受主錨束在張拉過(guò)程中產(chǎn)生的次生拉應(yīng)力，只承受弧門(mén)推力作用下產(chǎn)生的壓應(yīng)力。