坝体与背管结构相百作用分析.pdfVIP

维普资讯 第 21卷第 6期 长 江 科 学 院 院 报 VO1．21NO．6 2004年 12月 JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitute Dec．2004 文章编号 ：1001—5485(2004)06—0031—03 坝体与背管结构相互作用分析 石广斌 -一。牛天武 。冯兴中 。李 宁 (1．西安理工大学，陕西 西安 710065；2．西北勘测设计研究院，陕西 西安 710042) 摘要 ：基于李家峡坝体径 向变位观测资料 ，用三维非线性有限元分析坝体与坝后背管结构的相互作用。结果表明： 坝体变位使背管上弯段附近外包混凝土产生0．0～2．33MPa的轴 向拉应力 ，使管腰产生0．2～3．1MPa的剪应力 ， 使背管与坝体接缝面产生0．05～1．20MPa的剪应力；背管对坝体有很小的支撑作用，管内内水压力使坝体有 向下 游变形的趋势，但对坝体应力的影响不大 。因此 ，坝体变位和管 内内水压力分别是背管产生轴 向拉应力和环 向拉 应力的主要因素。 关 键 词 ：坝后背管 ；坝体径 向变位 ；内水压力 ；三维非线性有限元 中图分类号 ：Tv331；TV37 文献标识码 ：A 由李家峡坝后背管原形观测分析_1J可以得 出， 与承受的作用也主要来 自梁的方向。 背管外包混凝土裂缝的形成和发展主要在运行期 ， 并且轴向裂缝宽度和长度随着水库蓄水位的上升而 2 数值分析方案 呈增加趋势，甚至有的环向裂缝延伸至坝体 ，由此可 图2是李家峡双曲拱坝 2000—2002年间，11# 以断定坝后背管裂缝的形成和发展与坝体的径向变 坝段拱冠 3号垂线记录的坝体向下游的最大或最小 位和管道承受的内水压力有着密切的关系 【；笔者 径向位移曲线 图。分析观测资料可 以得 出，坝体的 以李家峡双曲拱坝 2000—2002年间，坝体 向下游 变位与温度变化有着密切的关系 ：在高温季节 ，坝体 的径向位移和水库水位为基础资料 ，用直接施加坝 径向变位由下游向上游；在低温季节，坝体径向变位 体变位和等水头 内水压力的方法，详细分析 了坝体 却由上游向下游，但坝体总体径向变位是向下游的， 与背管结构的相互作用 ，所得出的结论对坝后背管 这也说明了库水压力对坝体的径向变位起着主导作 设计具有一定的参考价值。 用。因此 ，根据坝体的变位特征，拟定在坝体上游面 施加实测径向变位来代替库水压力 、温度作用 、坝段 1 模型简化及其合理性分析 2—6] 间相互作用 ，以及 自重的数值分析方案。 三维有限元分析模型只取 11#坝段，并按悬臂梁 数值模拟软件采用具有强大结构计算功能的大 处理 ，如图 1(为了清楚显示 坝体轮廓 ，图中只显示部分 基础)。这样做 的主要理 由：所测坝体变位是在拱向 和梁 向共 同承受水压和温 度变化等作用 的情况下产 生的，施加的位移也正是梁 向下游发生的径向变位，计 算也仅选择梁进行计算，所 以计算成果基本反映不 出 图 1 三维计算几 径向变位 ／mm 何模型 拱 向应力 ；另外 ，背管主要 Fig．1 Sketchof3-D