大型預(yù)應(yīng)力混凝土渡槽結(jié)構(gòu)受力性能試驗(yàn)研究

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1、2003年第1期水力發(fā)電學(xué)報(bào)JOURNALOFHYDROELECTRICENGINEERING總第80期大型預(yù)應(yīng)力混凝土渡槽結(jié)構(gòu)受力性能試驗(yàn)研究趙順波張利梅李樹瑤胡志遠(yuǎn)(華北水利水電學(xué)院土木工程系,鄭州450008)摘要:本文介紹南水北調(diào)中線工程河南段初步設(shè)計(jì)中提出的跨度為40m、雙箱矩形斷面大型預(yù)應(yīng)力混凝土渡槽結(jié)構(gòu)的1∶5仿真模型試驗(yàn)研究情況,對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土渡槽結(jié)構(gòu)仿真模型試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)自重的模擬與結(jié)構(gòu)承受水荷載作用前初始應(yīng)力狀態(tài)的建立、水荷載施加方法等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了分析討論。試驗(yàn)結(jié)果表明,采用調(diào)整混凝土初始預(yù)應(yīng)力的方法模擬預(yù)應(yīng)力混凝土渡槽

2、結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)自重作用的受力狀態(tài)是可行的,采用單面橡膠和鋼結(jié)構(gòu)組成的單腔和多腔加載水囊可以準(zhǔn)確地模擬渡槽中水荷載的作用,采用全自動(dòng)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)是保證大型結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集同步而精確的必要設(shè)備條件,為大型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)提供重要成功經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)渡槽單箱承受水荷載和雙箱承受水荷載時(shí)主要構(gòu)件的性能測(cè)試結(jié)果,提出各構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施以及需要進(jìn)一步改進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議。關(guān)鍵詞:水工結(jié)構(gòu)工程;應(yīng)力與裂縫;模型試驗(yàn);渡槽;預(yù)應(yīng)力混凝土中圖分類號(hào):TV672+13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1渡槽原型概況南水北調(diào)中線工程渡槽建設(shè)任務(wù)量大,渡槽的過(guò)水流量、水深

3、及水荷載均很大,其規(guī)模居于世界前列,小跨徑、普通的結(jié)構(gòu)形式已不適應(yīng)其建設(shè)規(guī)模及要求。因此,研究采用大跨新穎、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式,成為南水北調(diào)中線工程渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。作者依托跨越河南省新鄭市境內(nèi)雙洎河的渡槽工程,對(duì)鋼筋混凝土多縱梁渡槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和受力性能進(jìn)行了研究,表明采用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)在改善渡槽正常使用性能方面具有明顯的優(yōu)越性,是需要進(jìn)一步深入研究的課題[1,2]。因此,在綜合考慮使用、經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)和施工等方面要求的基礎(chǔ)上,總結(jié)借鑒國(guó)內(nèi)外預(yù)應(yīng)力混凝土渡槽建設(shè)經(jīng)驗(yàn),通過(guò)綜合比較后設(shè)計(jì)了新型的雙箱式渡槽結(jié)構(gòu),如圖1所示,其基

4、本構(gòu)件為縱向大梁(中墻和邊墻)、底板、底部橫梁、邊墻豎肋、邊墻縱向水平加勁肋和頂部橫桿[3,4]。其組成特點(diǎn)是:縱向大梁既做擋水結(jié)構(gòu)又做承載結(jié)構(gòu),材料充分利用;縱向大梁因高度大而能夠充分利用曲線預(yù)應(yīng)力筋的優(yōu)點(diǎn);中墻將渡槽橫向分成兩個(gè)過(guò)水區(qū)域,便于運(yùn)行中檢修,中間采用雙墻形式,可有效增加抗側(cè)向水荷載作用的剛度;底板采用肋形梁板結(jié)構(gòu),與平板式結(jié)構(gòu)相比,能減少工程量,增加剛度,使底板受力合理;底部橫梁、豎肋收稿日期:2002202215基金項(xiàng)目:河南省水利廳南水北調(diào)中線工程建設(shè)研究經(jīng)費(fèi)。作者簡(jiǎn)介:趙順波,1964年生,男,博士,教授,國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)

5、工程師。趙順波等:大型預(yù)應(yīng)力混凝土渡槽結(jié)構(gòu)受力性能試驗(yàn)研究45圖1波槽原型外觀及縱橫斷面立體圖Fig.1Spacediagramofprototypeaqueduct和頂部橫桿形成橫向封閉環(huán),提高了縱向大梁的側(cè)向穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)側(cè)向受力的整體性。以雙洎河渡槽工程為依托進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),渡槽單跨跨度為4010m,寬度為2516m,高度為916m;單箱過(guò)水?dāng)嗝鎸挾葹?015m,設(shè)計(jì)水深為6170m,校核水深為7142m。沿橫向設(shè)寬度0140m、高114m(含槽底板厚0140m)的底部橫梁15根,與底部橫梁相應(yīng)設(shè)寬度0140m的豎肋和寬0140m高0150m

6、的頂部橫桿;在兩側(cè)墻外側(cè)腰部設(shè)高0130m的水平肋,與豎肋和邊墻形成豎向梁板結(jié)構(gòu)。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50,槽身普通受力鋼筋采用Ⅱ級(jí)熱軋鋼筋,分布鋼筋采用Ⅰ級(jí)熱軋鋼筋,預(yù)應(yīng)力筋采用

7、束,邊墻豎向各設(shè)直線形鋼絞線43束,中墻豎向各設(shè)直線形鋼絞線35束,頂部橫桿為鋼筋混凝土構(gòu)件。采用HVM15-7夾片式錨具。渡槽支座為盆式橡膠支座,一端中支座固定、兩邊支座的橫向活動(dòng),另一端中支座的縱向活動(dòng)、兩邊支座的縱橫向均活動(dòng)。2渡槽模型設(shè)計(jì)與制作渡槽模型試驗(yàn)的任務(wù)是:(1)檢驗(yàn)預(yù)應(yīng)力效果和渡槽的使用性能與極限承載能力;(2)研究橫梁、底板、縱向大梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能;(3)檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算成果,驗(yàn)證渡槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。211模型比尺與材料選擇根據(jù)仿真模型相似理論,能夠反映原型受力全過(guò)程的模型材料與原型材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系應(yīng)具有全過(guò)程

8、相似性[5,6]。比較簡(jiǎn)單的材料模擬就是采用與原型同樣的材料進(jìn)行模型制作?？紤]渡槽原型的斷面尺寸、模型成型的可行性、測(cè)試結(jié)果的精確性并兼顧試驗(yàn)設(shè)備能力