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1、,新型预应力闸墩锚块总结, 搜集整理,目录,1,2,3,4,背景,原理与方法,相关数据,结论和展望,www.51pp 搜集整理,背景,www.51pptmoban. com 搜集整理,早在19世纪后期，就有不少学者提出对混凝土施加预应力的设想，但直到上世纪20年代后期经由著名法国工程师弗雷西奈的努力，预应力混凝土方进入实用阶段。我国的预应力混凝土是随着第一个五年计划的实施于五十年代中期开始发展起来的。将预应力技术应用于闸墩最早可追溯到20世纪50年代末突尼斯的梅列格溢洪道，而比较系统、成熟的应用则要到20世纪60年代美国哥伦比亚河的瓦纳庞(WanaPum)溢洪道工程。在我国，预应力闸墩起步较
2、晚，但发展迅速。自20世纪70年代末的长江葛洲坝枢纽工程首次成功采用预应力闸墩以来，龙羊峡、鲁布革、五强溪、岩滩、安康、水口、漫湾及二滩等水电站的泄洪建筑物均采用了预应力混凝土闸墩。,背景,www.51pptmoban. com 搜集整理,预应力闸墩结构得以被广泛的运用，主要由于以下几个优点：(1)预应力技术在施工过程中，通常不会对混凝土结构造成破坏和扰动等不利影响；(2)预应力技术是从混凝土内部对结构进行加强，它对作用于混凝土结构的外荷载具有较强的针对性，即预应力的加载方法和大小与外荷载作用下结构内部产生的应力是直接相关的，调整预应力大小可改变、控制结构内部产生的应力；(3)采用预应力锚固技
3、术的混凝土结构，结构受力情况简单明确，易于通过模型试验和数值计算进行正确模拟；(4)目前，与预应力施工的相配套的设备和技术均有较大发展，保证了预应力闸墩混凝土的施工质量和施工进度；(5)在水利水电工程中，随着工程规模逐渐增大，泄水建筑物弧形工作闸门传递的水推力不断加大，在闸墩颈部产生过大拉应力，只有使用预应力技术，闸墩结构方能满足工程使用及规范要求。,背景,www.51pptmoban. com 搜集整理,背景,www.51pptmoban. com 搜集整理,背景,www.51pptmoban. com 搜集整理,预应力闸墩的形体结构,背景,www.51pptmoban. com 搜集整理,
4、背景,www.51pptmoban. com 搜集整理,U型锚固主锚索立面布置图,胶结式锚索的立面图和平面图,背景,www.51pptmoban. com 搜集整理,随着水利事业的发展及大型水利枢纽的兴建，枢纽泄洪建筑物的泄洪量不断增加，工作水头提高，泄洪孔口尺寸增宽，弧形闸门所承受的推力愈来愈大。在锚块和闸墩的连接部位及闸墩颈部有明显的应力集中，在该处形成较大拉应力区并可能导致混凝土开裂。为了调整锚块内及闸墩颈部的应力分布，国内许多学者对此进行了多方面的研究。1993年，李传才、贺采旭等提出了在预应力闸墩的锚块中开设预留槽的设想。,背景,www.51pptmoban. com 搜集整理,传力
5、梁结构示意图,原理与方法,空腔式预应力闸墩主要是采用简支梁传力结构，可以将锚束的预压力通过传力梁的支座转移到弧门推力的作用线附近，在闸墩颈部断面外表面产生压应力集中，改善简单锚块式预应力闸墩颈部断面在运行中出现的外表面压应力不足，中部压应力富余的问题，使锚束预应力和弧门推力相等，从而有可能使拉锚比接近1，可大大节省锚束用量。,原理与方法,ANSYS建模分析,ABAQUS建模分析,原理与方法,预应力锚固结构的数值模拟方法1，等效荷载法所谓等效荷载法，就是将预应力锚杆、锚索的作用以荷载的形式施加于混凝土结构，因此单元类型可以自由选取。由于等效荷载法在进行模拟时，没有必要考虑预应力锚杆、锚索布置的具
6、体位置，因此建模较简单；同样，网格划分相对简单，整个连续模型的应力结果能够轻易的求出。但是等效荷载法也有其自身的缺点：(1)由于混凝土与其内布设的预应力锚杆或锚索形成了一个整体，两者协调工作、协调变形、密不可分，用固定的荷载取代锚杆或锚索之后，预应力结构的混凝土实际变形无法真实反映；(2)无法反映锚杆或锚索对混凝土的作用分布及方向，故而对于某些线形的锚索(譬如曲线形式锚索)模拟相对困难，且不一定合理；(3)由于锚杆或锚索的具体位置不确定，因此无法模拟张拉具体过程。(4)由于无法模拟由应力损失造成的结构细部受力，所以无法保证施加预应力处混凝土受力结果的可靠性。,原理与方法,2，实体锚杆(索)法实
7、体锚杆(索)法就是将混凝土用实体单元模拟，锚杆或锚索用杆单元进行模拟，经过一系列处理将两个独立的对象按一定的关系建立联系，锚杆或锚索的预应力可通过降温法和初应变法进行施加。降温法比较容易，仅需设置几种单元的实常数便可，同时可以模拟预应力损失情况。初应变法通常不考虑锚杆或锚索加载过程中的预应力损失，因为加载过程复杂，必须对每个单元的实常数进行设置才能达到目的，工作量较大。实体锚杆(索)法可以避免等效荷载法缺点，计算分析结果较为精确，但建模工作量大。实体锚杆(索)法的ANSYS处理有两种方法：实体分割法和独立建模耦合法。(1)实体分割法首先建立结构实体模型，用通过拖拉形成的锚杆(索)曲面对混凝土实
8、体进行切分，得到需要的锚杆(索)线：经过类似的多次反复切割后，便能够轻松的进行网格划分，形成许多复杂的体和一定数量的锚杆(索)线，之后便可进行预应力施加和荷载加载等操作。该方法中锚杆(索)位置准确，计算结果可靠，但当锚杆(索)线形比较复杂时，操作相当麻烦。(2)独立建模耦合法该方法是将混凝土实体和锚杆(索)单元分别独立进行建模和单元划分，然后用耦合节点的方法(即耦合方程)将两者关联起来。这种方法建模和耦合处理都特别简单。但是当混凝土实体单元划分不够紧密时，锚杆(索)节点位置可能会有偏差，需对锚杆(索)部位的混凝土单元进行细分。当锚杆(索)线形复杂且数量较多时适用此法。,相关数据,相关数据,(1
9、)预留槽长度对闸墩颈部应力和预留槽上、下游表面应力影响很大。随着预留槽长度增加，闸墩颈部预压效果越好，但预留槽上、下游面z向拉应力却逐渐增大。需要根据实际工程的水推力大小和闸墩结构材料强度，综合考虑闸墩颈部预压效果和预留槽周边的应力状态，选择合适的预留槽长度。(2)预留槽宽度变化对闸墩颈部应力和预留槽上、下游表面应力影响较小，预留槽宽度在03一06m之间变化时，上述部位的应力变化幅度仅在01MPa左右。(3)随着预留槽位置的后移，预压效果降低，在弧门推力作用下闸墩颈部拉应力逐渐增大，且预留槽下游面z向拉应也增大。但当预留槽距离锚块上游面太近时，预留槽左右侧壁压应力显著增大，有可能超过混凝土的设
10、计抗压强度。因此，综合考虑各部位的应力状态，预留槽宜布置在锚块中间偏前位置较好。,结论和展望,www.51pp 搜集整理,(l)水电站闸墩采用预应力技术是非常必要的，预应力效果非常明显:闸墩采用颈缩技术对与改善闸墩颈部混凝土主拉应力效果明显。锚块采用矩形空腔结构后，闸墩颈部混凝土主拉应力可以进一步降低，表明采用空腔锚块结构形式是完全可行的。(2)针对颈缩式闸墩锚块空腔位置进行了优化分析，结果表明当空腔位于锚块中部或稍偏前位置时，应力结果较为理想。在长度不变的情况下，锚块空腔厚度的变化对闸墩颈部混凝土主拉应力基本没有影响，变化幅度较小;随着空腔厚度的增加，空腔表面竖向正应力略有增大，横河向正应
11、力也略有增大;总体来说，空腔厚度对闸墩颈部混凝土及空腔表面混凝土拉应力影响不大；随着空腔长度的增加闸墩颈部的压应力也相应增加，基本上空腔长度增加04m，颈部压应力增加约1MPa，但是随着空腔长度的增加，锚块空腔处拉应力也相应加大，所以在增加空腔长度时要综合考虑。(3)根据拱结构受力特点，对锚块空腔形状进行了优化，采用矩形外接拱形结构形式。结果表明，闸墩颈部最大主拉应力有明显改善;锚块上、下部混凝土主拉应力也得到了一定改善，这些部位最大主拉应力与起拱高度关系不大;锚块空腔表面竖向正应力及横河向正应力均有所下降，次锚索作用范围内，应力降低比较明显。本文对矩形外接拱形锚块的拱高进行了分析，结果表明，
12、当起拱高度为1/1O一1/7跨度时，效果尤为显著。,结论和展望,www.51pp 搜集整理,(1)基于参数化有限元的ANSYS优化设计模块是结构优化设计的良好工具，如果能对闸墩厚度、锚索长度、锚索扩散角等均实现参数化建模，并综合优化，可能会收到更好的效果。(2)预应力闸墩锚块体积相对较小，但结构体形复杂，因此受力情况比较复杂，采用普通的建模方法计算，结果误差会较大，所以有必要用子模型法求解模型局部区域，使得结果更加精确。(3)改变预应力主次锚索的布置形式、数量、位置这些因素，预留槽长度、宽度、位置的改变引起闸墩颈部和预留槽表面应力变化将更加复杂，还有待深入分析研究。(4)目前，预应力闸墩的设
13、计还没有成熟而简便的方法，对于锚索永存张拉吨位、闸墩的厚度、锚索的长度等参数的确定没有一定的规则，仅评工程实践经验确定，如能对各种形式的预应力工作性态作进一步研究，并提出相应的设计方法，将会给今后的工程设计提供很好的参考。（5）现行大部分论文采用线性锚索，之后可尝试使用“U”型锚索对结构应力分布进行计算分析，对比两种锚索型式下应力分布规律的差别，判断“u”型锚索替代线性锚索的可行性。（6）下一步工作可尝试对空腔采用圆角等体形，分析降低应力集中的效果。（7）在 优 化 预 应 力 闸墩 支 承 结构 型 式 和 锚 索 布 置 方面 还 有 很 大 的潜 力 可 挖。,结论和展望,www.51pp 搜集整理,谢谢您的聆听,
