动态循环荷载下大坝混凝土拉压转换损伤本构模型构建及影响研究

目前混凝土坝抗震安全评价中,对于动态循环荷载下大坝混凝土损伤本构模型中从受拉状态向受压状态转变过程(拉压转换)中的混凝土弹性模量变化,一般都基于商用软件ABAQUS的"单边效应"假设,认为混凝土弹性模量立即恢复为初始弹性模量。上述假设的合理性缺乏试验验证,直接影响混凝土坝抗震安全评价的可靠性。通过对全级配大坝混凝土拉压转换全过程试验成果的观察分析,发现混凝土从受拉状态进入受压状态后弹性模量并非立即恢复为初始弹性模量,而是由损伤后弹性模量连续渐进恢复至初始弹性模量,期间原有的受拉残余应变在压应力作用下迅速减小到较小数值,因此ABAQUS的"单边效应"假设并不符合实际情况。本文以全级配大坝混凝土拉压转换全过程试验成果为基础,提出受拉损伤发生后,拉压转换时受压应力应变关系采用双折线模型的思路,据此推导了相应的应力-应变关系解析表达式,构建了更接近混凝土拉压转换时真实状况的本构关系数值模型。通过实际工程的计算分析,发现常用的受压弹性模量立即恢复为初始弹性模量的损伤本构模型过高估计了坝体刚度,可能带来偏于不安全的评价结果。     

重力坝与坝基体系地震损伤破坏分析

摘要：为了揭示重力坝坝基体系地震破坏过程，需要同时考虑坝体和地基的损伤破坏。本文建立了较为完整的重力坝-地基-库水非线性动力分析模型，同时利用本文开发的程序模拟了重力坝地基体系的地震破坏。结合印度柯依那（Koyna）坝震害，研究了坝体和地基岩体均采用损伤模型重力坝地基体系的地震破坏过程。作为比较分析，研究了坝体采用损伤模型地基采用Drucker-Prager弹塑性模型重力坝地基体系的地震破坏。计算结果表明，地基分别采用损伤模型和D-P弹塑性模型，得到不同的破坏模式。坝体地基均采用损伤模型模拟的结果与实际震害接近，能更好反映重力坝地震损伤破坏。     

高拱坝-地基体系整体稳定概率地震风险分析

为了进行高拱坝的地震风险分析,引入幂指数函数的形式来描述地震危险性曲线,结合概率地震需求模型和地震易损性曲线函数,推求了概率地震风险分析解析函数。基于此,以实际工程为例,开展了高拱坝-地基体系整体稳定概率地震风险分析。在概率统计框架下,以高拱坝-地基系统整体抗震稳定安全评价为研究目标,在考虑坝基岩体内控制性滑动块体滑裂面力学参数不确定性基础上,构建了概率地震风险分析模型,得到了基于残余滑动位移的高拱坝-地基体系年超越概率曲线。从而给出了设计基准期限内,高拱坝-地基体系整体地震稳定达到不同性能水平的概率,为其在极限地震下的抗震安全评价提供依据,同时为现有基于准则的混凝土坝抗震安全决策转向基于风险概率的安全决策提供科学依据。     

溪洛渡大坝混凝土芯样动态轴拉试验研究

利用MTS大型静、动材料试验机对溪洛渡大坝混凝土芯样开展了动态轴向拉伸试验研究,试验共计32个?220 mm×440 mm圆柱体试件。试验分别开展了不同应变速率(1×10^-6/s、1×10^-4/s、5×10^-4/s、1×10^-3/s)下静、动态单调加载和预加不同初始静载(0%、30%、60%)的单调动态加载(5×10^-4/s)。大坝混凝土芯样试验成果,揭示了当前溪洛渡大坝混凝土的静态抗拉力学特征及在动态荷载作用下抗拉强度、峰值应变和吸能能力等随应变速率的变化规律,以及初始持续静态荷载对动态抗拉性能的影响。通过试验数据拟合及统计分析,建立了溪洛渡大坝混凝土的抗拉应力应变曲线解析表达式。试验成果将为溪洛渡大坝抗震深化研究提供科学依据。     

分缝自重与整体自重对乌东德拱坝动力横缝张开度的影响

针对分缝自重与整体自重对乌东德拱坝在地震作用下横缝张开度的影响,采用接触力模型对其进行对比分析。结果表明,两种自重施加方式造成坝顶横缝张开度分布规律不同,但最大张开度数值相差不大,地震结束后横缝均处于闭合状态;对两种自重施加方式,上下游坝顶横河向压应力分布是影响横缝张开度分布的主要原因。这对乌东德及类似高拱坝工程具有参考价值。     

水工结构动接触问题的组合网格算法

针对水工结构工程计算中经常出现的接触问题,和以往解决此类问题算法的局限性,提出了采用组合网格算法.算法采用两套网格求解,在整个求解区域采用较粗网格,不考虑接触的影响,而在接触区域附近采用较细的网格,考虑接触的影响.整体粗网格求解和局部细网格球求解反复迭代,求得最终结果,与常规有限元方法所求得的解相符合,为求解大型实际复杂问题提供了一个思路和方法.     

2008年汶川地震中沙牌拱坝的震情检验和分析

为对2008年汶川地震中沙牌拱坝的震情进行检验和分析,本文提出了一个基于损伤力学对高混凝土坝地震损伤破坏过程分析的新方法,可计入残余变形但避免损伤—塑性耦合。由于汶川地震中未能取得坝址的地震动输入记录,为此,采用随机有限断层法,通过邻近台站的加速度记录,对汶川地震中断层破裂模型参数进行校准后,重建了汶川地震中沙牌拱坝坝址的地震动输入加速度时程。为上述计算研发了高性能并行计算程序,在"天河一号"超级计算机上进行了高效运算,并对都经受过强震的沙牌拱坝和美国帕柯依玛拱坝的震情进行了对比分析。计算结果表明,所建议的方法能可靠应用于混凝土坝的地震损伤破坏过程的分析。     

强震作用下水电站沉沙池右边墙非线性动力时程分析

本文基于现有“L 型”沉沙池右边墙无质量地基模型的线弹性动力分析研究结果,进一步通过考虑沉沙池右边墙-地基接触非线性以及地基辐射阻尼效应,开展了最大设计地震（MDE,max design earthquake）下的非线性动力分析,综合评估了右边墙墙根抗剪、抗弯性能以及墙体与地基接触面滑动和张开情况,结果表明：MDE 作用下,右边墙墙根弯矩时程均低于需求能力比（DCR,demand to capacity ratio）允许值,剪力时程存在一定持时范围超过 DCR 允许值,有发生剪切破坏的可能性,可以通过在墙体根部配置剪力筋,增强其抗剪性能。此外,地震结束后,沉沙池右边墙-地基接触面最终处于闭合状态,表明其具有较好抗倾覆能力。本文针对沉沙池右边墙开展的非线性动力分析可为抗震设计提供科学依据,亦可为强震区沉沙池结构的抗震分析提供参考。     

响水海上风电钢管桩基础水平承载特性对比研究

结合江苏响水海上风电场2 m桩径钢管桩水平试验工程,以ANSYS有限元软件为平台建立海上风力机钢管桩的单桩基础模型,根据设计提供土层参数,采用API规范建议的p-y曲线法、港口工程桩基规范的m法和m折减法进行水平承载力计算,与实测的桩顶荷载-位移曲线、桩身变形和弯矩曲线进行对比分析,结果表明,API(American Petroleum Institute)规范建议的p-y曲线计算结果偏于安全,m法和m折减法偏于不安全,总体上m折减法与实测值更接近。上述几种分析方法的对比研究尚需更多的试验数据和计算分析工作。     

混凝土动力塑性损伤分析中的单元尺寸效应探讨

本文讨论了混凝土非线性分析中的单元尺寸效应,并基于断裂能和钝裂缝带模型提出把开裂应变作为开裂位移与积分点单元特征长度的函数,应用于塑性损伤模型中,保证了断裂能的唯一性,有效地消除混凝土塑性损伤分析中的单元尺寸效应。利用本文开发的有限元程序对混凝土单轴受拉和koyna重力坝地震损伤分析的实例计算表明,本文提出的方法是有效可行的。