横缝

水泥混凝土路面与道路中线垂直的缝

横缝[transverse joint]指的是在水泥混凝土路面板上设置的与道路中线垂直或接近垂直的缝。

施工的规定

《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。

模型应用

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。

影响分析

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。

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