橫縫

《城鎮道路工程施工與質量驗收規範》（CJJ1-2008）

1、橫縫施工應符合下列規定：

2、脹縫間距應符合設計規定，縫寬宜為20mm。在與結構物銜接處、道路交叉和填挖土方變化處，應設脹縫。

3、脹縫上部的預留填縫空隙，宜用提縫板留置。提縫板應直順，與脹縫板密合、垂直於面層。

4、縮縫應垂直板面，寬度宜為4～6mm。切縫深度：設傳力桿時，不得小於面層厚三分之一，且不得小於70mm；不設傳力桿時不得小於面層厚四分之一，且不得小於60mm。

5、機切縫時，宜在水泥混凝土強度達到設計強度25%～30%時進行。

兩類橫縫接觸模型

基於主、從接觸面的接觸邊界方法，採用限制接觸面切向滑移的彈簧單元，模擬切向完全約束的高拱壩橫縫在地震動荷載作用下張開、閉合的非線性力學行為，並應用有限元隱式迭代方法求解結構的動力響應。為了適應拱壩計算，對基於接觸邊界的ABAQUS模型進行了功能擴展，包括引入彈簧單元約束切向滑移、嵌入有限元庫水附加質量等。通過討論接觸邊界與接觸單元模型的有限單元格式，比較了兩類接觸模型的特點。分別採用該模型與基於接觸單元法的ADAP-88模型模擬某拱壩的動力響應，兩者得到了基本一致的規律：結點位移與橫縫開度吻合良好，動位移與開度時程反映出相同的動力響應周期，二者都反映出橫縫張開引起的拱向拉應力釋放和梁嚮應力的增加。通過計算驗證了ABAQUS模型在拱壩動力計算方面的適用性，說明該模型適合作為一個擴展平台嵌入其他的本構、邊界模型以全面模擬實際拱壩的動力特性。

分別採用基於ABAQUS的接觸邊界模型與基於ADAP-88的接觸單元模型研究拱壩橫縫的力學行為。對ABAQUS模型的部分功能進行了擴展，包括增加限制切向約束的彈簧單元、引入實體單元位移非協調項以及考慮庫水-壩體相互作用的動水附加質量計算。通過討論兩個接觸模型的力學描述以及隨後進行的拱壩的動力分析，得出以下結論：

(1)相對接觸單元嚴格要求接觸兩側網格匹配，接觸邊界模型在網格劃分上更為靈活，可以根據需要調整接觸界面兩側的網格密度，以模擬兩側剛度差異較大的接觸問題；

(2)兩個數值模型得到了基本一致的位移、橫縫開度結果，應力結果亦反映出相同的規律，即：橫縫張開引起結構應力重分佈，壩體中、上部動力效應最為明顯，拱向拉應力顯著下降，梁向動應力增加；

(3)ABAQUS模型與ADAP-88模型計算結果的吻合，驗證了前者在模擬橫縫拱壩動力響應方面的適用性，為今後基於該模型研究拱壩材料非線性與抗震加固措施等影響奠定了基礎。

模擬實際橫縫間距

採用Fenves接觸單元模型對小灣拱壩在地震作用下的橫縫非線性特性進行了細緻深入的研究，內容包括有限元網格收斂性、橫縫模擬間距和模擬條數收斂性、橫縫灌漿強度的影響、不同水位的影響等，首次採用實際橫縫間距和最多達到25條的橫縫模擬條數對小灣拱壩進行非線性地震分析，揭示出了許多重要工程規律。 Fenves關於“拱壩橫縫非線性分析中只模擬3條橫縫就足夠了”的研究結論，對於應力分析結果尚可成立，但要得到符合實際的橫縫張開度，必須在拱壩關鍵部位以真實間距模擬橫縫，並保證一定的模擬條數。此外，不同庫水位對非線性響應影響顯著，應予以考慮。

混凝土拱壩中的橫縫在強震作用下會發生張開、閉合和沿縫界面的相對錯動等現象，從而對壩體應力大小和分佈都會產生很大的影響，因此考慮橫縫影響的拱壩動力響應分析對高拱壩的抗震安全評價具有重要意義。 ( 1) 縫的張開可避免大的拱嚮應力出現，內力由拱向向梁向傳遞； ( 2) 在壩體模型中布置 3 條縫就可以既能滿足求解精度又能提高計算效率； ( 3) 沿伸縮縫剪切滑動對壩體的位移場和應力場有重要影響。但國外的研究大都針對 100m 級的拱壩，我國學者還針對正在建設中的 300m 級的超高拱壩——小灣拱壩中的橫縫條數、橫縫間距對壩體地震響應的影響進行了大量的研究，並得到了一些對工程實際有重要參考價值的規律。但由於研究者所採用的橫縫計算模型與計算方法的不同，使得計算出的橫縫開度沿拱圈方向的分佈規律以及縫開度的大小都有很大的差別。例如，對小灣拱壩的研究就出現了這種情況。強震時高拱壩的橫縫張開度大小及其對大壩地震響應的影響關係到拱壩的抗震安全評價的結果以及所需要採取的抗震工程措施，具有重要的實際意義。在西部大開發戰略支撐下，‘’十五‘’期間我國將有一批世界級的高拱壩在西部地區進行建設或規劃進行建設。所以，考慮橫縫影響的拱壩地震響應分析仍有進行深入研究的必要。

在求解三維彈性靜 力摩擦接觸問題的有效方法- 非光滑方程 組方法的基 礎上，通過能夠近似滿足動量、動能守恆條件的 速度、加速度的修正方法，將該方法推廣到動力接觸問題的求解中，以考慮地震時拱壩中橫縫的開合、錯動對壩 體動力響應的影響。同時采 用由多次透 射公式 表示的人工邊界條件來考慮壩- 基動力相互作用的影響。數值算例中分析了 橫縫的數 目和布置位 置對拱壩動力響應的影響。