两类横缝接触模型

基于主、从接触面的接触边界方法，采用限制接触面切向滑移的弹簧单元，模拟切向完全约束的高拱坝横缝在地震动荷载作用下张开、闭合的非线性力学行为，并应用有限元隐式迭代方法求解结构的动力响应。为了适应拱坝计算，对基于接触边界的ABAQUS模型进行了功能扩展，包括引入弹簧单元约束切向滑移、嵌入有限元库水附加质量等。通过讨论接触边界与接触单元模型的有限单元格式，比较了两类接触模型的特点。分别采用该模型与基于接触单元法的ADAP-88模型模拟某拱坝的动力响应，两者得到了基本一致的规律：结点位移与横缝开度吻合良好，动位移与开度时程反映出相同的动力响应周期，二者都反映出横缝张开引起的拱向拉应力释放和梁向应力的增加。通过计算验证了ABAQUS模型在拱坝动力计算方面的适用性，说明该模型适合作为一个扩展平台嵌入其他的本构、边界模型以全面模拟实际拱坝的动力特性。

分别采用基于ABAQUS的接触边界模型与基于ADAP-88的接触单元模型研究拱坝横缝的力学行为。对ABAQUS模型的部分功能进行了扩展，包括增加限制切向约束的弹簧单元、引入实体单元位移非协调项以及考虑库水-坝体相互作用的动水附加质量计算。通过讨论两个接触模型的力学描述以及随后进行的拱坝的动力分析，得出以下结论：

(1)相对接触单元严格要求接触两侧网格匹配，接触边界模型在网格划分上更为灵活，可以根据需要调整接触界面两侧的网格密度，以模拟两侧刚度差异较大的接触问题；

(2)两个数值模型得到了基本一致的位移、横缝开度结果，应力结果亦反映出相同的规律，即：横缝张开引起结构应力重分布，坝体中、上部动力效应最为明显，拱向拉应力显著下降，梁向动应力增加；

(3)ABAQUS模型与ADAP-88模型计算结果的吻合，验证了前者在模拟横缝拱坝动力响应方面的适用性，为今后基于该模型研究拱坝材料非线性与抗震加固措施等影响奠定了基础。

模拟实际横缝间距

采用Fenves接触单元模型对小湾拱坝在地震作用下的横缝非线性特性进行了细致深入的研究，内容包括有限元网格收敛性、横缝模拟间距和模拟条数收敛性、横缝灌浆强度的影响、不同水位的影响等，首次采用实际横缝间距和最多达到25条的横缝模拟条数对小湾拱坝进行非线性地震分析，揭示出了许多重要工程规律。 Fenves关于“拱坝横缝非线性分析中只模拟3条横缝就足够了”的研究结论，对于应力分析结果尚可成立，但要得到符合实际的横缝张开度，必须在拱坝关键部位以真实间距模拟横缝，并保证一定的模拟条数。此外，不同库水位对非线性响应影响显著，应予以考虑。

混凝土拱坝中的横缝在强震作用下会发生张开、闭合和沿缝界面的相对错动等现象， 从而对坝体应力大小和分布都会产生很大的影响， 因此考虑横缝影响的拱坝动力响应分析对高拱坝的抗震安全评价具有重要意义。 ( 1) 缝的张开可避免大的拱向应力出现， 内力由拱向向梁向传递； ( 2) 在坝体模型中布置 3 条缝就可以既能满足求解精度又能提高计算效率； ( 3) 沿伸缩缝剪切滑动对坝体的位移场和应力场有重要影响。但国外的研究大都针对 100m 级的拱坝， 我国学者还针对正在建设中的 300m 级的超高拱坝——小湾拱坝中的横缝条数、横缝间距对坝体地震响应的影响进行了大量的研究 ， 并得到了一些对工程实际有重要参考价值的规律 。但由于研究者所采用的横缝计算模型与计算方法的不同， 使得计算出的横缝开度沿拱圈方向的分布规律以及缝开度的大小都有很大的差别。例如， 对小湾拱坝的研究就出现了这种情况 。强震时高拱坝的横缝张开度大小及其对大坝地震响应的影响关系到拱坝的抗震安全评价的结果以及所需要采取的抗震工程措施， 具有重要的实际意义。在西部大开发战略支撑下，‘’十五‘’期间我国将有一批世界级的高拱坝在西部地区进行建设或规划进行建设。所以， 考虑横缝影响的拱坝地震响应分析仍有进行深入研究的必要。

在求解三维弹性静 力摩擦接触问题的有效方法- 非光滑方程 组方法的基 础上， 通过能够近似满足动量、动能守恒条件的 速度、加速度的修正方法， 将该方法推广到动力接触问题的求解中， 以考虑地震时拱坝中横缝的开合、错动对坝 体动力响应的影响。 同时采 用由多次透 射公式 表示的人工边界条件来考虑坝- 基动力相互作用的影响。数值算例中分析了 横缝的数 目和布置位 置对拱坝动力响应的影响。 2100433B

《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ1-2008）

1、横缝施工应符合下列规定：

2、胀缝间距应符合设计规定，缝宽宜为20mm。在与结构物衔接处、道路交叉和填挖土方变化处，应设胀缝。

3、胀缝上部的预留填缝空隙，宜用提缝板留置。提缝板应直顺，与胀缝板密合、垂直于面层。

4、缩缝应垂直板面，宽度宜为4～6mm。切缝深度：设传力杆时，不得小于面层厚三分之一，且不得小于70mm；不设传力杆时不得小于面层厚四分之一，且不得小于60mm。

5、机切缝时，宜在水泥混凝土强度达到设计强度25%～30%时进行。

横向接缝包括横向缩缝、横向施工缝和横向胀缝三种类型。

横接缝横向缩缝

缩缝的作用是控制由于混凝土的初期收缩和翘曲变形所产生的裂缝。

1）缩缝间距和布置

缩缝间距即为混凝土面层板块的长度。随着板长的增加，混凝土面板的温度翘曲应力迅速增大，收缩应力也将增大。对现有铺面的大量使用调查表明，当板长控制在5～6 m以下时，出现横向断裂的断板率（断裂板块数占总板块数的比例）很小；当板长超过此范围时，横向断裂的断板率急剧增大。同时，板长越短，温度变化引起的板长伸缩量越小，因而缝隙的变化量也越小，这对于保证接缝的传荷能力可以起重要作用，特别是对于靠集料嵌锁作用传荷的假缝作用更大。因此，都倾向于采用短板，缩缝间距为4～5m。

缩缝通常都垂直于行车方向等间距布置。为改善行驶质量，国外也有采用变间距缩缝，并与行车方向倾斜布置。例如，倾角1：6，变间距为4.8—5.7—5.4—3.6（m），或3.0一4.2—3.9—2.7（m），或5.1—6.9—6.6—4.8（m）等。这种方案的优点是车辆的两侧车轮不同时作用在横缝上，可减少接缝不平整（错台等）对行车的影响；同时，也可避免等间距布置时可能出现的车辆共振现象。

2）缩缝构造

横向缩缝有假缝和设传力杆假缝两种形式。前者依靠接缝槽口下混凝土断裂面处集料的嵌锁作用传递荷载；后者则除了嵌锁作用外，主要依靠传力杆传荷。在缝隙较宽和行车荷载多次作用的情况下，假缝的传荷能力会急剧下降，以至于没有传荷能力。因而，在特重和重交通的道路上，应采用设传力杆假缝的形式，以减少可能出现的错台损坏。

横接缝横向施工缝

每天工作结束或因临时原因而中断施工时，须设置施工缝。前者设在横向缩缝或胀缝处，后者可能设在缩缝处，也可能设在两条缩缝的中间。设在缩缝处的施工缝应做成平缝形式。为保证接缝的传荷能力，应设置传力杆。设在两条缩缝间的施工缝做成企口缝形式，并设拉杆以保证接缝缝隙不张开。

横接缝横向胀缝

在邻近桥梁或其他固定构造物处，或者与其他道路相交处，应设置横向胀缝。缩缝间距小和混凝土浇筑时的气温较高（例如，5℃～10℃以上）时，仅需在遇到固定结构物和不对称交叉口处设置胀缝。胀缝宽20～25 mm，缝内设置填缝板和可滑动的传力杆，传力杆的尺寸、间距和要求，与缩缝传力杆相同。传力杆的一半以上长度须涂以沥青或覆上塑料套，传力杆的一端加一金属套，内留空隙（其中填以弹性材料），以便板伸长时传力杆有向前移动的余地。

（一）横向缩缝的构造与布置

横向接缝可以根据设计要求，采用假缝形式等间距或变间距布置。特重和重交通公路、收费站、服务区以及邻近胀缝或自由端部的3条缩缝，应采用设传力杆假缝形式，其他情况可采用不设传力杆假缝形式。

横向缩缝顶部应锯切槽口，深度为混凝土面层厚度的（1/5）～（1/4），宽度为3～8mm，槽内填塞填缝料。高速公路的横向缩缝的槽口，应增设深20mm、宽6～10 mm的浅槽口。

（二）横向施工缝的构造与布置

设在缩缝处的横向施工缝，应采用加传力杆的平缝形式，设在胀缝处的横向施工缝，其构造与胀缝相同。如果遇有困难需设在缩缝之间时，施工缝宜采用设拉杆企口缝形式。

（三）横向胀缝的构造与布置

在桥梁附近或其他固定构造物处或与其他道路相交处应设置横向胀缝。设置胀缝的条数，应根据水泥混凝土面板预计的膨胀量大小而定。在低温浇筑混凝土面层或选用膨胀性较高的集料时，应根据实际酌情确定是否设置胀缝。胀缝的宽度一般为20mm，缝内应设置填缝板和可滑动的传力杆。

（四）横向接缝中传力杆设置

传力杆的主要作用是增强路面板的传递荷载能力，确保混凝土面板的整体性，提高路面的平整度和使用品质。横向接缝中的传力杆应采用光面钢筋，设在面板厚的中央，并保证传力杆的一半长度能够自由滑动，以防止因设置传力杆而引起收缩裂缝的转移。最外侧的传力杆距纵向接缝或自由边的距离为150～250mm。

介绍

焊缝倾角在0~5度，焊缝转角在70~90度的平焊位置施焊的焊缝。焊缝利用焊接热源的高温，将焊条和接缝处的金属熔化连接而成的缝。焊缝金属冷却后，即将两个焊件连接成整体。根据焊缝金属的形状和焊件相互位置的不同，分对接焊缝、角焊缝、塞焊缝和电铆焊等。对接焊缝常用于板件和型钢的拼接；角焊缝常用于搭接连接；塞焊缝和电铆焊应用较少，仅为了减小焊件搭接长度才考虑采用。2100433B