地震作用下非均质混凝土坝体损伤机理与规律有限元分析

论文摘要

随着经济快速发展和综合国力的不断提高,我国已修建各类大坝85000多座,其中混凝土大坝占有相当大的比重。坝体在地震等外界因素作用和材料自身劣化下发生损伤演化产生裂纹几乎是不可避免的,混凝土是由粗、细骨料和水泥浆组成的非均质材料,而且实际的骨料尺寸与分布是随机的。近年来破坏性地震发生次数逐渐增多,为了减小震害,必须针对大坝的地震损伤演化规律做出科学的预测。对坝体结构在地震作用下的损伤程度进行正确地分析评价,对非均质混凝土坝体结构的损伤发展规律的进一步研究具有重要理论意义和应用价值。本文首先研究混凝土在准静态和地震作用下的损伤机理,并给出了几种典型的损伤演化模型。其次,应用ANSYS中的参数化语言建立了非均质混凝土随机骨料结构模型,并对该模型在单轴受拉、单轴受压及各种双轴拉压组合下的加载过程进行了较详细的数值模拟,分析了骨料颗粒随机分布对混凝土宏观力学性能的影响和非均质混凝土的损伤规律。最后,在考虑了损伤作用的情况下对非均质混凝土重力坝实例进行了静力和动力模拟分析,揭示了混凝土坝体结构在地震作用下的损伤演化规律。研究结果对混凝土坝体施工及使用过程中的安全预测具有重要的指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题目的和意义
• 1.2 混凝土损伤研究现状
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 混凝土损伤研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 2 混凝土的损伤机理
• 2.1 损伤类型的分类
• 2.2 准静态混凝土结构损伤破坏机理
• 2.3 地震作用下混凝土结构的损伤破坏机理
• 2.3.1 地震作用对结构的影响
• 2.3.2 地震作用下混凝土的损伤开裂特性和损伤演化特点分析
• 2.3.3 结构在地震作用下的破坏准则
• 2.4 本章小结
• 3 混凝土损伤的基本理论和损伤模型
• 3.1 混凝土损伤的描述
• 3.1.1 热力学状态变量与损伤变量
• 3.2 损伤力学的基本概念和基本原理
• 3.2.1 应变等效假设
• 3.2.2 连续介质力学基础
• 3.2.3 不可逆热力学基础
• 3.3 混凝土损伤主要模型
• 3.4 本章小结
• 4 混凝土结构损伤模型的有限元数值方法和混凝土随机骨料模型
• 4.1 有限元分析的基本原理
• 4.1.1 单元位移模式的建立
• 4.1.2 单元分析
• 4.1.3 整体分析
• 4.2 损伤变量的确定方法
• 4.2.1 拉伸损伤演化方程
• 4.2.2 剪切损伤演化方程
• 4.3 混凝土随机骨料模型生成原理
• 4.4 随机骨料对混凝土材料损伤影响模拟分析
• 4.4.1 非均质混凝土随机骨料结构的生成
• 4.4.2 混凝土试件在单轴载荷作用下的模拟分析
• 4.4.3 混凝土试件在双轴载荷作用下的模拟分析
• 4.5 本章小结
• 5 非均质混凝土坝体模型建立及计算分析
• 5.1 非均质混凝土坝体静力模拟计算
• 5.2 模型的动力模拟及损伤分析
• 5.2.1 混凝土坝体结构模态分析
• 5.2.2 混凝土坝体结构地震作用下动力分析
• 5.2.3 混凝土坝体结构地震作用下损伤模拟分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果