碾压混凝土重力坝抗震措施研究

论文摘要

使用损伤模型分析重力坝在地震中的破坏机理在近二十年有了突飞猛进的发展。研究表明混凝土是准脆性材料,在破坏过程中表现高度的非线性特性同时伴有塑性,基于应力等效与应变等效原理的损伤模型不能考虑其塑性发展,而基于能量等效原理的损伤演化本构不仅能够考虑混凝土中的塑性反应而且遵循能量守恒定律,因此本文采用这种塑性损伤耦合本构模型对西部某碾压混凝土高坝进行了地震分析,分析了地震中损伤因子的发展规律及截面应力的变化规律。混凝土材料发生断裂损伤的过程中,伴随着能量耗散,本文研究了损伤耗散的特点。并对大坝地震中的能量反应作了初步的研究,概括了地震输入能量、大坝弹性势能、动能、大坝阻尼耗散及损伤耗散的地震反应机理。目前使用断裂力学和损伤力学对大坝进行非线性动力响应分析成为热点,但研究如何使用这些结果对大坝进行整体安全评价还比较少,最主要的方法是采用危险截面上裂缝区的相对长度作为主要判断依据,再辅以裂缝的环境(如有水、无水等)进行加权求得最终的安全判定系数。这种方法仅考虑了大坝局部部位的裂缝危害,本文在此基础上,将损伤耗散能引入判定公式,用于考虑大坝的整体破坏情况,得到新的损伤评价指标。高烈度地震区高坝的抗震措施倍受关注,通过工程措施减小地震的危害是本文研究的重点。本文主要从优化材料分区和抗震配筋两方面研究了其抗震效果。通过对混凝土重力坝塑性损伤分析得知,不同的材料分区设置对重力坝顶部裂缝的形态影响很大,通过以大坝整体损伤评价指标为优化目标进行对比分析,得到了最有利的抗震材料分区设置。文章还介绍了钢筋混凝土有限元的作用原理,研究了结构中钢筋与混凝土相互作用的机理及大体积少筋混凝土的断裂能特点,使用ABAQUS开发了各向异性的钢筋混凝土有限元本构,并考虑了脆性材料的损伤局部化效应,考虑了非线性刚度阻尼效应,使用这种本构进行了动力分析。最后文章对大坝进行了抗震配筋效果分析,指出了规范中弹性力学配筋方法的不合理处,确立了依照危害程度进行配筋的原则,通过非线性对比分析选出最为合适的配筋设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 2 损伤力学基础
• 2.1 概述
• 2.2 损伤的种类
• 2.3 应力应变能量等效原理
• 2.4 损伤的局部化效应
• 3 重力坝动力损伤分析
• 3.1 概述
• 3.2 混凝土塑性损伤本构
• 3.3 地震损伤分析
• 4 重力坝整体损伤评价指标
• 4.1 概述
• 4.2 损伤能量分析
• 4.3 地震能量分析
• 4.4 考虑能量的评价指标
• 5 钢筋混凝土有限元
• 5.1 概述
• 5.2 钢筋混凝土本构二次开发
• 5.3 钢筋混凝土有限元原理
• 5.4 本构模型
• 5.5 非线性刚度阻尼
• 5.6 非线性解法
• 5.7 算例分析
• 6 重力坝抗震配筋分析
• 6.1 概述
• 6.2 混凝土和钢筋的本构
• 6.3 钢筋混凝土的断裂能
• 6.4 配筋分析
• 6.4.1 线弹性有限元分析
• 6.4.2 非线性有限元分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢