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中埋式有孔橡胶止水带在受力状态下的有限元分析

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中埋式有孔橡胶止水带广泛应用于基本建设、地下设施、隧道、水利、地铁等工程,为闸门、坝底、建筑工程、地下建筑物等伸缩缝混凝土浇注配用。利用橡胶的高弹性和压缩变形性,止水带在各种载荷下产生弹性变形,从而起到紧固密封的作用,有效地防止建筑构件漏水、渗水,并起到减震缓冲作用,从而确保工程建筑物的使用寿命。

几何模型的建立在对止水带进行有限元分析时,将其在混凝土中嵌入时的状况看作是无限延伸的平面。所以,可将它的受力模型简化为平面模型。又由于考虑到止水带嵌入到混凝土中的部分已经连同混凝土一起固化,所以,整体模型忽略了接触分析。建立后的几何模型如图1所示。

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工况设计按ANSYS工况设计原则,在常温状态下止水带在大坝中频繁发生的变形工况有三种,即:(1)止水带两侧混凝土块同时沿与x轴向相反的方向分别拉伸移动10 mm(设定),此过程在Y方向上无位移。经ANSYS求解计算,所得变形及应力如图4所示。

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(2)中埋式有孔橡胶止水带两侧混凝土块同时沿与x轴向相对的方向分别压缩移动5 mm(设定),此过程Y方向上无位移。经ANSYS求解计算,所得变形及应力如图5所示。

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(3)止水带两侧混凝土块同时沿与Y轴向相对的方向分别错位移动10 mm(设定),此过程x方向上无位移。经ANSYS求解计算,所得变形及应力如图6所示。

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计算结果从图4可知,在施加拉伸力并位移后止水带的中心孔左右分别变形了001 m,应力最小处在混凝土中的止水带中一C':fL顶部,最大应力出现在止水带中心孔的横梁结构上。由图5可知,在对混凝土中的止水带施加压缩力并位移后,止水带的中心孔左右分别变形了0005 002 4 m,应力最小是混凝土中止水带中心孔的顶部,最大应力出现在止水带中心孔横梁结构的中部。由图6可知,在对混凝土中止水带施加剪切力并位移后,中埋式有孔橡胶止水带的中心孔左右分别变形了0013 628 m;应力最小处是混凝土中止水带中心孔的顶部,最大应力出现在止水带中心孔横梁与内孔交接的端点。各种工况下的最大应力及最小应力数值如表1所示。

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结果分析从以上所得到的变形图及应力图可以看出,对止水带在混凝土中受力起决定性作用的是中心孔的横梁结构。从上述图中还可以看出,Von Mises应力在横梁结构上的分布是比较集中的。Von Mises应力反应了截面上各主应力差值的大小,一般来说,Von Mises应力越大,将加速橡胶材料的松弛,造成刚度下降,材料越容易出现裂纹,所以,止水带中心孔的横梁结构既是承受应力的部位,也是最先开始损坏的部位。