【技術實現步驟摘要】
針對老化鋼筋混凝土水閘結構抗震性能的分析方法
[0001]本專利技術涉及抗震安全分析，具體涉及一種針對老化鋼筋混凝土水閘結構抗震性能的分析方法。
技術介紹
[0002]水閘具有擋水、泄水的雙重作用，在水利工程中應用十分廣泛。大中型病險水閘均存在鋼筋混凝土病害問題，且病害現象分布位置廣泛、形式多樣、起因復雜，嚴重影響水閘的承載能力和耐久性能，為水閘的正常運行埋下巨大安全隱患的同時，也帶來了不菲的工程損失和修繕費用，必須引起高度重視。
[0003]鋼筋混凝土病害是目前水閘中較為突出的問題之一，其中，混凝土碳化和鋼筋銹蝕現象尤為普遍；同時，水閘的多次地震災害表明，與其他水工建筑物相比，地震對水閘的破壞更為嚴重。因此，有必要對這兩種病害現象的產生機理、發展規律，及其對地震作用下水閘結構承載能力和耐久性能的影響進行更為深入的研究。
[0004]目前，國內外學者對碳化混凝土和老化鋼筋混凝土結構抗震性能進行了大量研究，但多集中于鋼筋混凝土構件層次，小部分集中于橋梁和框架結構；此外，研究重點多在結構加固及其抗震性能評估，研究方法以模型試驗為主，且大部分試驗為銹蝕試件，銹蝕方法常采用電化學快速銹蝕。事實上，相對于橋梁和框架結構而言，水閘結構不僅形式復雜，而且經常處于干濕交替的運行環境中，混凝土碳化和鋼筋銹蝕現象更為明顯。但目前關于混凝土碳化和鋼筋銹蝕作用對水閘結構抗震性能影響的相關研究還無人涉及，混凝土碳化和鋼筋銹蝕作用對水閘結構抗震性能具體影響到何種程度也不得而知，而這恰恰是水閘管理部門和工程設計人員所關心的問題。<
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種針對老化鋼筋混凝土水閘結構抗震性能的分析方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)根據既有水閘閘室的結構尺寸和配筋情況，建立三維水閘閘室結構有限元模型，模型中包括地基、水體、閘底板、閘墩、鋼閘門、公路橋、上部啟閉機房結構和混凝土內鋼筋；(2)基于ADINA有限元分析，考慮無限地基輻射阻尼效應、混凝土動態損傷、鋼筋混凝土的粘結滑移作用、水體和水閘結構的流固耦合作用、混凝土碳化以及鋼筋銹蝕的影響，輸入預設的材料參數、邊界條件和不同荷載，對建立的模型進行非線性地震動損傷計算，得到地震荷載作用下不同混凝土碳化深度和不同鋼筋銹蝕程度的閘室結構各部位的動力響應；(3)基于步驟(2)的計算結果，選取位移、應力及損傷值最大的區域的特征點，繪制不同混凝土碳化深度和不同鋼筋銹蝕程度下特征點處位移、應力及損傷值隨地震歷時的變化曲線，曲線以地震歷時為橫軸，以位移響應、應力響應或損傷值為縱軸。(4)根據不同混凝土碳化深度和不同鋼筋銹蝕程度下閘室結構損傷值隨地震歷時的變化曲線，確定損傷區域截面面積占比，依據損傷區域截面面積占比判定老化水閘結構破壞水平。2.根據權利要求1所述的針對老化鋼筋混凝土水閘結構抗震性能的分析方法，，其特征在于，所述步驟(1)中地基單元范圍以閘底板上游、下游、左側、右側以及底部高程為準，分別向上游、下游、左岸、右岸以及豎直向下延伸2倍閘室高度，其中閘室高度為啟閉機房頂部高程與閘底板底部高程之差。同時，為便于建立模型，上下游水體單元節點與閘墩和鋼閘門節點共用；鋼筋單元節點與混凝土單元節點不共用，采用插值形式進行計算，在單彈簧聯結單元法中，根據如下公式計算鋼筋節點的法向位移，具體公式如下：式中，為局部坐標系下鋼筋節點第i維的位移值；n為模型維數；r
ij
為插值系數，即坐標轉換矩陣元素；u
j
為整體坐標系下混凝土節點第j維的位移值。3.根據權利要求1所述的針對老化鋼筋混凝土水閘結構抗震性能的分析方法，其特征在于，所述步驟(2)中碳化混凝土的力學參數具體如下：f
c
＝1.6f
c0
E
c
＝1.6E
c0
ε
c
＝0.7ε
c0
式中，f
c
、E
c
、ε
c
分別為碳化混凝土的抗壓強度、彈性模量、極限應變，f
c0
、E
c0
、ε
c0
分別為完全未碳化混凝土的抗壓強度、彈性模量、極限應變；既有未碳化混凝土力學性能具體如下：既有未碳化混凝土力學性能具體如下：式中，E
t
、β
d
為既有未碳化混凝土的彈性模量、延性比；E0為同強度新混凝土的彈性模量；t為既有未碳化混凝土的使用年限；碳化深度選擇1cm、3cm、5cm、7cm以及全部碳化，對不同碳化深度有限元模型計算動力
響應。4.根據權利要求1所述的針對老化鋼筋混凝土水閘結構抗震性能的分析方法，其特征在于，所述步驟(2)中銹蝕鋼筋力學參數與銹蝕率ρ之間的關系具體如下：當0＜ρ％≤5％時：f
y,c
＝f
y0
(1
?
0.029ρ)f
u,c
＝f
u0
(1
?
0.026ρ)δ
s,c
＝v
s0
(1
?
0.0575ρ)ε
y,c
＝ε
y0
(1
?
0.0575ρ)E
u,c
＝E
u0
(1
?
0.052ρ)當ρ％＞5％時：f
y,c
＝f
y0
(1.175
?
0.064ρ)f
u,c
【專利技術屬性】
技術研發人員：程誠，郭博文，張春林，宋力，鎖雷，范冰，馬奧，常芳芳，何源，王韻哲，高玉琴，施佳琦，李桐，朱升，孫峰輝，王程，余元寶，校永志，楊志剛，汪德華，查陽光，
申請(專利權)人：王家壩閘管理處，
類型：發明
國別省市：
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