預(yù)應(yīng)力錨索的張拉次序?qū)﹂l墩應(yīng)力及變形的影響研究

王己海，費(fèi)文平

（1.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開(kāi)發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610065；2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，成都610065）

0 引 言

預(yù)應(yīng)力閘墩是保證大型泄水建筑物安全的重要結(jié)構(gòu)，這種采用預(yù)應(yīng)力錨索與閘墩結(jié)合的技術(shù)能夠有效改善閘墩的應(yīng)力狀態(tài)，確保在弧門推力的作用下閘墩結(jié)構(gòu)的安全可靠。在預(yù)應(yīng)力錨索與水推力的共同作用下，閘墩結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形狀態(tài)變得更加復(fù)雜，很難從理論上對(duì)應(yīng)力與變形進(jìn)行計(jì)算分析，而對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索影響閘墩應(yīng)力與變形的可能因素成為了主要的研究方向。

多年以來(lái)，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者與工程師對(duì)改善預(yù)應(yīng)力閘墩的應(yīng)力與變形的可能因素做了許多研究，并取得了一定的成果。國(guó)際上，預(yù)應(yīng)力閘墩最早在20 世紀(jì)50年代末期應(yīng)用于突尼斯的梅列格溢洪道上。在20 世紀(jì)60年代，美國(guó)在哥倫比亞河修建瓦那龐溢洪道工程時(shí)，采用了14束每束張拉力為2 900 kN 的錨索錨固［1］。隨著有限元方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，國(guó)際上出現(xiàn)大量的商業(yè)數(shù)值模擬軟件。其中較為著名的通用大型有限元軟件有ANSYS、ABAQUS、MSC.NASTRAN 和MSC.MARC 等［2-4］。在國(guó)內(nèi)，在閘墩結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，朱暾等［5］提出了閘墩頸部開(kāi)槽結(jié)構(gòu)，該型式可以顯著提高混凝土的抗裂能力，改善閘墩的應(yīng)力分布狀態(tài)；胥潤(rùn)生［6］提出“深槽+錨孔”的結(jié)構(gòu)方式，大大節(jié)省了錨索數(shù)量，優(yōu)化了施工步驟；中國(guó)水電院提出了一種新的簡(jiǎn)支傳力梁結(jié)構(gòu)，使錨索預(yù)應(yīng)力通過(guò)傳力梁的支座傳給錨塊，并將預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)移到弧門推力作用線附近，使預(yù)應(yīng)力總噸位與弧門推力之比接近1.0。在錨索設(shè)計(jì)方面，郭宏磊等［7］通過(guò)有限元及彈性理論為基礎(chǔ)并結(jié)合模型試驗(yàn)，對(duì)錨固區(qū)的開(kāi)裂部位及應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行研究，提出了一種新型錨塊形式；楊曉紅等［8］對(duì)預(yù)應(yīng)力閘墩主錨索的布置方式進(jìn)行了研究；張發(fā)明等［9］提出了有關(guān)預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化方法；李守巨對(duì)閘墩裂縫的形成機(jī)理及加固措施等進(jìn)行研究，并提出了合理的預(yù)應(yīng)力錨索加載方案和錨索布置形式；二灘水電站采用了新型的閘墩預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)-U 形錨固式［10］；馬吉明等［11］等提出了一種新型的無(wú)黏結(jié)彎曲預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)。

綜上所述，目前對(duì)預(yù)應(yīng)力閘墩的研究主要是從改變閘墩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或預(yù)應(yīng)力錨索的形式、空間布置、加載分級(jí)等角度出發(fā)，幾乎沒(méi)有考慮過(guò)錨索張拉順序?qū)︻A(yù)應(yīng)力閘墩結(jié)構(gòu)的影響，在施工中也常常被忽略。但隨著預(yù)應(yīng)力閘墩布置錨索數(shù)量越來(lái)越多，布置形式越來(lái)越復(fù)雜，錨索的張拉次序?qū)⒊蔀橛绊戦l墩結(jié)構(gòu)安全的重要因素。

為了弄清不同錨索張拉次序?qū)﹂l墩結(jié)構(gòu)的影響，本文提出了一種能夠有效改善閘墩結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的預(yù)應(yīng)力錨索張拉方式——交錯(cuò)式對(duì)稱張拉法。以四川某水庫(kù)2 號(hào)溢流壩段為例，建立閘墩計(jì)算模型，擬從數(shù)值仿真的角度分析主、次錨索不同的張拉次序?qū)﹂l墩結(jié)構(gòu)的影響，并從主、次錨索作用方式的角度對(duì)改變錨索張拉次序?qū)﹂l墩產(chǎn)生影響的機(jī)理進(jìn)行探討。

1 預(yù)應(yīng)力閘墩的模擬方法

1.1 預(yù)應(yīng)力混凝土的模擬

對(duì)于有限元建立預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)模型一般有兩種方法。一種是直接用荷載代替力筋影響作用于結(jié)構(gòu)，即為等效荷載法；另一種用不同的有限元單元分別模擬鋼筋和混凝土，可以獲得詳細(xì)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)行為，即為實(shí)體力筋法［12］。

等效荷載法將預(yù)應(yīng)力筋與混凝土形成一個(gè)整體，無(wú)法反映出預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)真正的變形行為；不考慮預(yù)應(yīng)力筋的布置導(dǎo)致張拉的具體過(guò)程無(wú)法模擬，力筋處的混凝土受力結(jié)果也不能保證其可靠性［12］。

實(shí)體力筋法將混凝土和錨索分別采用不同的單元模擬，錨索的預(yù)應(yīng)力可以采用降溫法和初應(yīng)變法進(jìn)行施加。降溫法需要設(shè)置相關(guān)單元的實(shí)常數(shù)，并可以模擬預(yù)應(yīng)力的損失狀態(tài)。初應(yīng)變法一般不考慮預(yù)應(yīng)力加載過(guò)程產(chǎn)生的損失［12］。

本次建模采用實(shí)體力筋法建立預(yù)應(yīng)力閘墩模型，并采用降溫法來(lái)模擬預(yù)應(yīng)力的施加。

1.2 本構(gòu)模型

1.2.1 預(yù)應(yīng)力錨索的本構(gòu)模型

將預(yù)應(yīng)力錨索視為線彈性材料，即假定錨索在加載或卸載中，應(yīng)力-應(yīng)變呈線性關(guān)系（以錨索的彈性模量E為斜率的直線），其表達(dá)式為：

式中：σ為應(yīng)力；ε為應(yīng)變；E為錨索的彈性模量。

1.2.2 混凝土的本構(gòu)模型

將混凝土視為理想彈塑性材料，采用Drucker-Prager 材料模型，即采用Drucker-Prager 準(zhǔn)則判別混凝土是否進(jìn)入塑性狀態(tài)，并采用相關(guān)聯(lián)的流動(dòng)法則［13］，其表達(dá)式如下：

式中：I1和J2分別為應(yīng)力張量的第一不變量和應(yīng)力偏張量的第二不變量，其中參數(shù)α和k可以用混凝土的黏聚力C和內(nèi)摩擦角φ來(lái)表示：

1.3 錨索張拉次序的方法

根據(jù)預(yù)應(yīng)力閘墩錨索張拉的基本原則：預(yù)應(yīng)力錨索采用分批、分級(jí)對(duì)稱張拉的方式進(jìn)行，先張拉次錨索、后張拉主錨索，先張拉監(jiān)測(cè)錨索、后張拉非監(jiān)測(cè)錨索［14］。本文根據(jù)這一基本原則，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索的張拉次序擬定兩種不同的張拉形式，分別為行列式對(duì)稱張拉、交錯(cuò)式對(duì)稱張拉。

在對(duì)稱張拉的基礎(chǔ)上，取對(duì)稱區(qū)域的左上角1/4 為例，采用依次張拉的方式對(duì)錨索進(jìn)行張拉［如圖1，左上角1/4 區(qū)域的張拉順序?yàn)?→2→3→5→7→9（行式張拉法）或?yàn)?→5→9→1→3→7（列式張拉法）］，這種方式為行列式對(duì)稱張拉法。

圖1 行列式對(duì)稱張拉法示意圖Fig.1 Sketch of determinant symmetric tension method

在對(duì)稱張拉的基礎(chǔ)上，取對(duì)稱區(qū)域的左上角1/4 為例，采用跳序張拉的方式對(duì)錨索進(jìn)行張拉，張拉的次序?yàn)榻诲e(cuò)式（如圖2，左上角1/4 區(qū)域的張拉順序?yàn)?→2→4→6→7→9），這種方式為交錯(cuò)式對(duì)稱張拉法。

圖2 交錯(cuò)式對(duì)稱張拉法示意圖Fig.2 Sketch of staggered symmetrical tension method

2 工程概況

四川某水庫(kù)工程溢流壩段為混凝土重力壩，由5 孔開(kāi)敞式實(shí)用堰組成，建基面高程為336.00 m，最大壩高39.80 m，堰頂高程為350.00 m，閘墩采用預(yù)應(yīng)力閘墩。孔口凈寬14 m，中墩厚為5 m，邊墩厚為4.5 m，每個(gè)閘孔設(shè)有弧形工作閘門。工作門孔口尺寸為14 m×22 m（寬×高），采用弧形閘門液壓?jiǎn)㈤]。該水庫(kù)溢流壩段從左至右有1～5 個(gè)閘孔，對(duì)應(yīng)閘孔底板分縫為4 個(gè)壩段，其中：1號(hào)溢流壩段為閘孔1+閘孔2的左側(cè)段；2號(hào)溢流壩段為閘孔2 右側(cè)段+閘孔3 左側(cè)段；3 號(hào)溢流壩段為閘孔3 右側(cè)段+閘孔4左側(cè)段；4號(hào)溢流壩段為閘孔4右側(cè)段+閘孔5。

預(yù)應(yīng)力錨索布置分別為：主錨索單邊閘墩布置2排，內(nèi)側(cè)立面為5 層放射狀布置，外側(cè)立面為7 層放射狀布置，總共12 束。單根錨束預(yù)應(yīng)力4 000 kN（永存錨固力），設(shè)計(jì)張拉力5 000 kN，超張拉力5 500 kN。水平向布置14 根次錨索，單束永存錨固力2 000 kN，設(shè)計(jì)張拉力2 350 kN，超張拉力2 585 kN。在正常蓄水位350.00 m 情況下，弧門總推力50 000 kN，分?jǐn)偟絻蓚?cè)的弧門支座推力F均為25 000 kN。

2號(hào)溢流壩段預(yù)應(yīng)力錨索采用后裝后張法無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工，分主錨索和次錨索。主錨索順流向、呈放射狀布置，每束主錨索由32 根鋼絞線構(gòu)成；次錨索垂直于流向水平布置，每束次錨索由14根鋼絞線構(gòu)成。主錨索張拉力端設(shè)在錨塊下游位置，補(bǔ)償張拉力端設(shè)在上游預(yù)留孔位置，次錨索錨固于錨塊兩側(cè)。其中主錨索分為兩組，第一組錨索中心距閘墩迎水面60 cm，共7 束，從上到下編號(hào)分別為A1～A7（B1～B7），第二組錨索中心距閘墩迎水面120 cm，共5 束，從上到下編號(hào)分別為A8～A12（B8～B12）；次錨索共14束，編號(hào)為C1～C14。主錨索剖視圖如圖3，次錨索剖視圖如圖4。

圖3 主錨索布置圖Fig.3 Layout of main anchor cable

圖4 次錨索布置圖Fig.4 Layout of sub-major anchor cable

根據(jù)上述錨索布置形式，分別采用行列式對(duì)稱張拉與交錯(cuò)式對(duì)稱張拉的方式擬定如下4種張拉方案，其中方案一、二采用行列式對(duì)稱張拉法，方案三、四為交錯(cuò)式對(duì)稱張拉法。（根據(jù)對(duì)稱性以下方案只列出非對(duì)稱部分錨索張拉次序）

方案一：

主錨索的張拉次序?yàn)椋篈10→A9→A8→A4→A3→A2→A1

次錨索的張拉次序?yàn)椋篊7→C6→C4→C5→C3→C2→C1

方案二：

主錨索的張拉次序?yàn)椋篈4→A10→A3→A9→A2→A8→A1

次錨索的張拉次序?yàn)椋篊7→C6→C4→C5→C3→C2→C1

方案三：

主錨索的張拉次序?yàn)椋篈4→A10→A3→A8→A1→A9→A2

次錨索的張拉次序?yàn)椋篊7→C3→C5→C6→C4→C1→C2

方案四：

主錨索的張拉次序?yàn)椋篈10→A3→A8→A1→A4→A9→A2

次錨索的張拉次序?yàn)椋篊7→C3→C2→C6→C4→C1→C5

3 不同錨索張拉次序?qū)﹂l墩結(jié)構(gòu)的影響

本文以四川某水庫(kù)溢流壩段2 號(hào)溢流壩段為例，采用上述兩種不同的錨索張拉次序方式，擬定4種錨索張拉次序方案，針對(duì)2 號(hào)溢流壩段的閘墩兩側(cè)閘門關(guān)閉工況，對(duì)不同的錨索張拉次序?qū)﹂l墩結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行分析。

3.1 計(jì)算模型

根據(jù)該水庫(kù)2 號(hào)溢流壩段設(shè)計(jì)參數(shù)為依據(jù)，擬定閘墩兩側(cè)閘門關(guān)閉的工況施加水荷載、重力荷載以及弧門水推力，建立如圖5 所示有限元模型。該模型利用ANSYS 軟件建模，其中混凝土采用三維實(shí)體單元和理想彈塑性材料并采用Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則，錨索采用桿單元和線彈性材料，模型結(jié)構(gòu)部分共有節(jié)點(diǎn)10 089 個(gè)，單元數(shù)8 484 個(gè)。計(jì)算模型具體數(shù)值參數(shù)如表1所示。

圖5 預(yù)應(yīng)力閘墩的數(shù)值模型Fig.5 Numerical model of prestressed gate pier

表1 數(shù)值計(jì)算參數(shù)表Tab.1 Parameters for numerical modelling

3.2 不同的錨索張拉次序?qū)﹀^索應(yīng)力的影響

圖6～圖8為不同張拉方案下錨索最大應(yīng)力的變化。圖6為錨索施壓后次錨索最大應(yīng)力值。圖7～圖8 為錨索施壓后主錨索最大應(yīng)力值。

圖6 不同方案下次錨索C1～C14的應(yīng)力變化Fig.6 Stress variation of sub-major anchor cable C1～C14 under different schemes

從圖6 中可以看出，各錨索在不同張拉方案下的最大應(yīng)力值沒(méi)有明顯變化。除了C5 號(hào)和C12 號(hào)錨索在方案四下的最大應(yīng)力值比其他方案下的最大應(yīng)力值大了1%左右，其他次錨索在不同張拉方案下的最大應(yīng)力值基本一樣，說(shuō)明改變張拉次序?qū)Υ五^索的應(yīng)力影響不大。

從圖7 中的A1～A12 號(hào)錨索可以看出，方案一與方案二的不同編號(hào)的錨索之間應(yīng)力值變化不大，但方案一比方案二的同一編號(hào)錨索的應(yīng)力大，而方案三與方案四的不同編號(hào)的錨索之間應(yīng)力值變化較大，方案三與方案四相同編號(hào)錨索的應(yīng)力相差不大。而圖中A8～A12 號(hào)錨索，方案一與方案二的不同編號(hào)的錨索之間應(yīng)力值變化較大，且方案一比方案二相同編號(hào)錨索的應(yīng)力值更小，而方案三與方案四的不同編號(hào)的錨索之間應(yīng)力波動(dòng)不大，方案三與方案四相同編號(hào)錨索的應(yīng)力相差不大。

從圖7～圖8 中可以看出，采用行列式對(duì)稱張拉法（方案一、方案二）與采用交錯(cuò)式對(duì)稱張拉法（方案三、方案四）在同一編號(hào)主錨索的應(yīng)力值上有明顯變化，同時(shí)不同主錨索之間的應(yīng)力分布規(guī)律也有變化，說(shuō)明改變張拉次序?qū)χ麇^索的應(yīng)力有較大的影響。

圖7 不同方案下主錨索A1～A12的應(yīng)力變化Fig.7 Stress variation of main anchor cable A1～A12 under different schemes

圖8 不同方案下主錨索B1～B12的應(yīng)力變化Fig.8 Stress variation of main anchor cable B1～B12 under different schemes

對(duì)比圖7 與圖8，閘墩兩側(cè)相對(duì)應(yīng)編號(hào)的錨索應(yīng)力值基本相同，且在同一側(cè)的錨索中上下對(duì)稱的錨索應(yīng)力值相差并不大。不同方案下，錨索應(yīng)力值的區(qū)別主要是非對(duì)稱區(qū)域錨索不同張拉次序引起的。

3.3 不同的錨索張拉次序?qū)﹂l墩應(yīng)力的影響

圖9為預(yù)應(yīng)力錨索張拉施壓后方案一與方案三閘墩內(nèi)部的應(yīng)力等值線圖，等值線的序號(hào)后為其所代表的應(yīng)力數(shù)值。從圖9 中不同方案下閘墩的應(yīng)力等值線圖可以看出，盡管采用了相同的有限元計(jì)算模型并施加了相同的荷載，僅在改變錨索的張拉次序的情況下，錨索對(duì)混凝土的預(yù)壓效果卻產(chǎn)生了差別。以閘墩錨塊為例，方案一的最大拉應(yīng)力值為2.16 MPa；方案三的最大拉應(yīng)力值為1.05 MPa。從整體的范圍來(lái)看，采用交錯(cuò)式對(duì)稱張拉的方式張拉后，預(yù)壓區(qū)內(nèi)混凝土的拉應(yīng)力大部分減小到0.5 MPa 以內(nèi)，而采用行列式對(duì)稱張拉的方式張拉后，仍有很大范圍的混凝土拉應(yīng)力超過(guò)1 MPa。同時(shí)，方案一的預(yù)壓效果主要集中在錨固兩端，對(duì)中間部位的混凝土預(yù)壓效果較差。而方案三的應(yīng)力分布更加分散，預(yù)壓效果得到了一定的改善。

圖9 方案一與方案三預(yù)壓后閘墩內(nèi)的σ1等值線圖（單位：Pa）Fig.9 Contours of σ1 in the gate pier prestressed by scheme 1 and scheme 3

圖10～圖11 為預(yù)應(yīng)力錨索張拉施壓后，方案二與方案四的主、次錨索錨定面上應(yīng)力等值線。圖10為次錨索錨定面的應(yīng)力等值線圖，從圖10 中可以看到，方案二和方案四的應(yīng)力值與應(yīng)力分布并沒(méi)有明顯的差別，最大拉應(yīng)力值均在1.05 MPa 左右。圖11 為主錨索錨定面的應(yīng)力等值線圖，從圖11 中可以看到，方案二的最大應(yīng)力值和方案四的最大應(yīng)力值差別明顯變大，方案二的最大拉應(yīng)力值達(dá)到了1.66 MPa，同時(shí)有一定范圍的混凝土拉應(yīng)力超過(guò)了1 MPa。方案四的拉應(yīng)力值明顯更小，最大值為0.78 MPa 左右。同時(shí)可以看出，在錨定面上應(yīng)力主要集中在錨索范圍的邊緣區(qū)域，對(duì)于采用兩種不同的張拉次序在次錨索錨定面上應(yīng)力沒(méi)有明顯差別，且應(yīng)力分布規(guī)律基本相同，而主錨索錨定面上應(yīng)力出現(xiàn)了明顯變化，方案二的最大應(yīng)力值比方案四的最大應(yīng)力值大一倍左右，且方案二的拉應(yīng)力區(qū)（等值線G所對(duì)應(yīng)的區(qū)域）主要在布置錨索區(qū)域邊緣，方案四的拉應(yīng)力區(qū)（等值線H所對(duì)應(yīng)的區(qū)域）主要在布置錨索區(qū)域的兩側(cè)。

圖10 方案二與方案四預(yù)壓后次錨索錨定面上σ1等值線圖（單位：Pa）Fig.10 Contours of σ1 on the anchoring surface of sub-major anchor cable by scheme 2 and scheme 4

圖11 方案二與方案四預(yù)壓后主錨索錨定面上σ1等值線圖（單位：Pa）Fig.11 Contours of σ1 on the anchoring surface of major anchor cable by scheme 2 and scheme 4

圖12為不同方案典型部位的應(yīng)力值變化圖，根據(jù)錨索張拉后閘墩應(yīng)力分布情況選取典型部位，比較不同方案下的應(yīng)力值變化。選取應(yīng)力分布比較集中的部位分別為，閘墩主錨索上游錨固端（節(jié)點(diǎn)號(hào)：58208）；閘墩錨塊主錨索錨定面上部（節(jié)點(diǎn)號(hào)：53562）；閘墩錨塊主錨索錨定面下部（節(jié)點(diǎn)號(hào)：58147）；閘墩錨塊次錨索錨固端上部（節(jié)點(diǎn)號(hào)：235650）；閘墩錨塊次錨索錨固端下部（節(jié)點(diǎn)號(hào)：235715）。從圖12中不同方案下節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值變化可以看出，次錨索錨固端上下部位應(yīng)力值完全一樣，不同方案之間的應(yīng)力變化不大，變化值都在0.2 MPa 以內(nèi)；而主錨索上游錨固端的應(yīng)力值與次錨索錨固端的應(yīng)力呈現(xiàn)一種對(duì)稱分布。在主錨索錨定面下部區(qū)域不同方案的應(yīng)力值并沒(méi)有明顯變化。但是在主錨索錨固端的上部可以看出應(yīng)力值發(fā)生了顯著改變，從方案二到方案三應(yīng)力值有一個(gè)明顯的下降，說(shuō)明相比行列式對(duì)稱張拉法來(lái)說(shuō)，交錯(cuò)式對(duì)稱張拉法能夠明顯改善閘墩錨塊上部的應(yīng)力狀態(tài)。

圖12 不同方案下典型部位應(yīng)力變化Fig.12 Stress changes of typical parts under different schemes

3.4 不同的錨索張拉次序?qū)﹂l墩變形的影響

圖13～圖15 為不同方案典型部位的位移值隨荷載步的變化圖。根據(jù)閘墩位移變化的變化情況選取典型部位，選取主錨索錨固端的中心部位作X向位移分析；選取錨塊主錨索錨定面的下部作Y向位移分析；選取次錨索錨固端的中心部位作Z向位移分析。從圖13～圖15 中可以看到，采用不同張拉次序方案在張拉的過(guò)程中閘墩的位移會(huì)發(fā)生改變，但是在張拉完成時(shí)所有方案的位移值都相同。說(shuō)明改變錨索張拉次序只會(huì)影響張拉過(guò)程中閘墩的變形，對(duì)閘墩的最終變形影響較小。

圖13 不同方案閘墩X向的位移變化Fig.13 X-direction displacement change of pier in different schemes

圖14 不同方案閘墩Y向的位移變化Fig.14 Y-direction displacement change of pier in different schemes

圖15 不同方案閘墩Z(yǔ)向的位移變化Fig.15 Z-direction displacement change of pier in different schemes

3.5 不同的錨索張拉次序?qū)﹂l墩的應(yīng)力與變形影響機(jī)制的探討

通過(guò)上述有限元計(jì)算結(jié)果可以看出，預(yù)應(yīng)力錨索采用交錯(cuò)式對(duì)稱張拉方式可以使閘墩混凝土的拉應(yīng)力分布更均勻，從而降低拉應(yīng)力的最大值，改善閘墩的受力狀態(tài)。結(jié)合錨索的應(yīng)力分布和混凝土的應(yīng)力與變形變化，對(duì)閘墩的影響有以下認(rèn)識(shí)：

（1）改變錨索的張拉次序可能會(huì)改變錨索的應(yīng)力大小，對(duì)主錨索而言效果更為明顯，次錨索改變并不明顯?？紤]到主、次錨索的布置和作用，推測(cè)這種改變效果的差異可能是與錨索的作用點(diǎn)和施加的荷載大小有關(guān)。閘墩上主錨索是沿弧門推力方向平行布置，作用點(diǎn)接近弧門推力作用線方向，主要承擔(dān)弧門推力。次錨索一般垂直于主錨索布置方向，主要抵消荷載產(chǎn)生的次生拉應(yīng)力對(duì)錨塊的不利影響［15］。在預(yù)應(yīng)力閘墩結(jié)構(gòu)中，主錨索承擔(dān)主要的外荷載，張拉力會(huì)較大，而次錨索承擔(dān)的荷載更小，張拉力也會(huì)更小。因此，改變張拉次序?qū)Υ五^索的影響相對(duì)更小。

（2）錨索張拉次序的改變會(huì)改變錨索與混凝土的受力狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)是在結(jié)構(gòu)受到荷載作用之前，對(duì)混凝土預(yù)壓來(lái)發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，使混凝土處于彈性工作狀態(tài)。相比行列式對(duì)稱張拉的方式，交錯(cuò)式對(duì)稱張拉會(huì)使錨索來(lái)承擔(dān)更多的拉應(yīng)力，從而降低混凝土的拉應(yīng)力。這樣的應(yīng)力分布更能充分發(fā)揮兩種材料的特性，錨索可以承受很大的拉應(yīng)力，而混凝土則要避免受拉。同時(shí)，在交錯(cuò)式對(duì)稱張拉后的閘墩，只有小部分的拉應(yīng)力偏大，且均在1 MPa 左右作用在混凝土集中受壓區(qū)的邊緣，范圍很小。這種應(yīng)力分布符合結(jié)構(gòu)要求，且對(duì)閘墩受力狀態(tài)得到極大的改善。

（3）錨索張拉次序的改變對(duì)閘墩最終變形的影響較小。這可能是在錨索預(yù)應(yīng)力、水壓力及結(jié)構(gòu)自重的共同作用，結(jié)構(gòu)絕大部分處于彈性狀態(tài)，在總荷載不變的情況下，錨索張拉次序的改變，只是改變了荷載施加的順序，而對(duì)閘墩最終變形的影響較小。

4 結(jié) 論

本文以四川某水庫(kù)閘墩為例建立預(yù)應(yīng)力閘墩的有限元計(jì)算模型，利用兩種不同類型的張拉方式得到了預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力、閘墩混凝土應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力錨索張拉次序之間的關(guān)系，對(duì)比研究后發(fā)現(xiàn)交錯(cuò)式對(duì)稱張拉的這種方式能夠明顯改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)主、次錨索的作用方式和錨索應(yīng)力、混凝土應(yīng)力與變形對(duì)比，探討了改變錨索次序?qū)﹂l墩受力影響的作用機(jī)理，得到結(jié)論如下。

（1）通過(guò)改變錨索張拉次序的方法可以有效改善閘墩的受力狀態(tài)。改變預(yù)應(yīng)力閘墩錨索的張拉次序會(huì)改變預(yù)應(yīng)力錨索與閘墩混凝土之間的應(yīng)力分配，從而改善閘墩的受力狀態(tài)。

（2）計(jì)算結(jié)果表明，采用交錯(cuò)式對(duì)稱張拉法張拉預(yù)應(yīng)力錨索會(huì)使錨索承擔(dān)的拉應(yīng)力變大，混凝土承擔(dān)的拉應(yīng)力變小，減輕應(yīng)力集中的影響。

（3）改變錨索的張拉次序?qū)﹂l墩的最終變形影響較小。在張拉過(guò)程中改變錨索張拉的次序，會(huì)導(dǎo)致張拉過(guò)程中閘墩變形的改變。但在所有錨索張拉完成后，閘墩的荷載保持一致，最后的變形相差不大。

（4）當(dāng)閘墩采取無(wú)黏結(jié)直錨索布置時(shí)，采取交錯(cuò)式對(duì)稱張拉的方式會(huì)使預(yù)應(yīng)力閘墩的受力更加合理，對(duì)拉應(yīng)力區(qū)的預(yù)壓效果更好。但對(duì)改變預(yù)應(yīng)力錨索張拉次序?qū)﹂l墩結(jié)構(gòu)影響的機(jī)理還需要進(jìn)一步深入研究，同時(shí)，隨著彎曲錨索的應(yīng)用，U 形錨索的使用頻率增加，交錯(cuò)式對(duì)稱張拉法同樣對(duì)U 形錨索的施工與設(shè)計(jì)提供了新的思路。