往复荷载下坞式闸室底板裂缝扩展模拟与防治研究

作     者：李芃芃 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹周红

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：船闸 坞式闸室 裂缝扩展 往复荷载 扩展有限元 

摘      要：船闸作为内河水运工程中应用最多的通航建筑物,通常由闸室、闸首、闸门、引航道及相应的设备组成。闸室结构按照其底板与闸墙的连接方式可分为坞式闸室与分离式闸室。坞式结构亦称整体式结构,因其具有整体性好、防渗性强、地基反力分布均匀等特点而被广泛使用。大量工程实例表明,采用现行规范设计的坞式闸室承载力均可满足要求,但某船闸工程的若干结构段却在运行多年后发生了倒塌。坞式船闸倒塌事故并不常见,一旦发生往往会造成严重的损失。鉴于目前未见文献对此问题进行专门研究,本文采用扩展有限元法(XFEM),对造成该船闸倒塌破坏的原因进行分析,并对结构内的裂缝扩展行为进行模拟,根据模拟结果结合已有经验,提出了若干坞式闸室裂缝防治的建议。具体工作内容及结论如下:1.针对可能造成该船闸倒塌破坏的各种原因进行模拟分析。认为分层面上因施工不当带来的初始损伤在往复水压力作用下进行疲劳扩展是事故发生的主要原因,钢筋锚固长度不足为事故发生的次要原因。2.对不同分层面损伤情形下裂缝扩展行为进行了模拟。结果表明:在往复水压力下,2m分层面上的初始损伤会因疲劳累积而发生扩展,最终导致结构破坏;3m分层面存在初始损伤时裂缝的扩展速度比2m分层面存在初始损伤时更快;在1.5m分层面存在初始损伤时,裂缝几乎不发生扩展。3.根据坞式闸室结构各种分层损伤情形下的裂缝扩展规律,提出了同时延长斜向钢筋和竖向钢筋的裂缝防治方案。通过数值模拟证明了延长钢筋不但能延缓裂缝的扩展速度,还能有效防止结构破坏。4.根据坞式闸室结构受力特点,提出了调整防冲结构形式的裂缝防治方案。通过数值模拟证明了调整防冲结构可改善结构内力分布、限制裂缝扩展从而防止结构破坏。