均匀冲击荷载作用下重力坝的损伤分析

对于重力坝,远程水下爆炸、大体积山体滑坡等引起的水下冲击波作用可近似视为均匀冲击荷载作用,均匀冲击荷载作用下混凝土重力坝损伤特性较静荷载作用下要复杂得多.本文以非线性显式动力分析程序Abaqus/Explicint为平台,考虑冲击荷载作用下混凝土的高应变率效应,通过建立混凝土重力坝均匀冲击三维模型,对不同冲击荷载下的大坝动态响应进行全性能数值仿真模拟,探讨混凝土重力坝在不同冲击荷载下的损伤.试验结果表明:冲击荷载下大坝损伤模式不仅与大坝自身的动力特性有关,还与冲击能量的大小有关;坝体损伤形式表现为拉伸损伤和压缩损伤,以拉伸损伤为主.     

混凝土重力坝整体抗震及破坏特性分析

强震荷载作用下混凝土重力坝各坝段间的动力相互作用不可忽视。利用能考虑混凝土软化特性并可反映实际损伤能量耗散的混凝土塑性损伤本构模型,通过建立重力坝整体3维有限元模型,考虑地基辐射阻尼作用和坝体接缝非线性动力接触作用,采用时域分析方法对官地碾压混凝土重力坝进行整体3维非线性地震反应分析,研究大坝整体抗震特性,得到大坝的损伤破坏区域及抗震薄弱部位,揭示横河向地震输入对大坝地震反应的影响。研究表明：考虑坝段间的动力相互作用后,大坝整体抗震性能得到提高;考虑横河向地震输入后,大坝的动力响应及损伤破坏范围均有所增大。     

基于最小频率误差的混凝土重力坝损伤部位识别方法

在强震、冲击等荷载作用下混凝土重力坝易发生损伤破坏,如何有效快速地识别并定位重力坝损伤对大坝健康诊断和安全评价具有重要意义.为此提出了一种基于最小频率误差的混凝土重力坝损伤部位识别方法,该方法通过建立不同损伤部位的频率特征数据库,采用最小频率误差方法对大坝损伤进行识别和定位;同时研究了裂缝扩展深度及裂缝发展方向对该方法识别结果的影响.结果表明:提出的损伤部位识别方法能有效地识别混凝土重力坝损伤部位,且识别结果不受裂缝深度和方向的影响.     

多分辨率分析和小波能量曲率的框架结构损伤识别

为研究运用多分辨率和小波包分析方法识别结构损伤的有效性,以三层混凝土框架结构为研究对象,分别建立不同损伤工况下的三维有限元数值模型,采用ANSYS程序进行动力时程分析,研究不同识别指标和输入信号的识别灵敏度以及其他因素对损伤识别结果的影响.分析结果表明:小波包能量曲率差法能够较好达到损伤识别的目的,输入信号使用加速度响应信号比速度和位移响应信号具有更好的识别效果;有限元模型网格划分、加速度时程响应信号的提取位置以及采样频率对损伤位置的识别有较大影响;有限元网格划分越密、加速度时程响应信号提取位置离损伤位置越近、采样频率越大,损伤位置识别越精确.     

不同坝型重力坝水下接触爆炸特性研究

近半个世纪以来,中国成为世界上建坝数量最多的国家。需要评估爆炸荷载对于大坝的安全的影响。本文为研究水下不同炸点接触爆炸对混凝土重力坝上游有折坡段和上游无折坡段两种坝型的动力响应以及破坏状态影响,进行了两种坝型的混凝土重力坝水下接触爆炸的动力响应及损伤破坏特性的对比分析。利用数值模拟方法计算了炸药在空气中爆炸对于混凝土板的损伤破坏,并与物理实验的结果进行对比。通过计算结果对比验证了所使用数值模型的正确性和可靠性。以混凝土重力坝上游有折坡段和上游无折坡段两种坝型为研究对象,考虑炸药-库水-空气-混凝土重力坝结构之间的动力耦合关系,对比分析了水下接触爆炸冲击荷载作用下,两种坝型的挡水坝段坝体的动态响应及损伤破坏分布特性。通过对比分析可知：混凝土重力坝上游有折坡段的挡水坝段减小了水下接触爆炸对坝体的加速度、速度及位移的动力响应。混凝土重力坝上游无折坡比有折坡坝型的挡水坝段在水下接触爆炸冲击荷载作用下损伤范围更大、更为严重。通过以上结果可得到结论：混凝土重力坝上游折坡段可以有效地散射爆炸产生的应力波,减小混凝土重力坝的损伤破坏程度。     

基于耐震时程法的重力坝失效概率密度演化分析

混凝土重力坝在强地震动作用下的响应,对结构的安全评价及损伤破坏模式有着深远的影响。采用耐震时程分析(ETA)法生成耐震时程加速度曲线(ETAs),获取Koyna混凝土重力坝在地震作用下的动力响应,得出结构在不同损伤评价指标下的概率密度演化过程及失效概率时程曲线。建立Koyna混凝土重力坝有限元模型,模拟坝体在ETA时程下(对应均匀增加的峰值加速度)的动力响应及损伤过程;采用塑性耗散能、损伤耗散能、损伤体积及基准损伤体积作为损伤评价指标,基于概率密度演化(PDE)理论,建立其概率密度演化模型,利用概率密度演化法计算不同损伤评价指标下的概率密度曲线随ETA时程的演化过程;选取2个典型破坏状态分别作为中等破坏、严重破坏的评价标准,结合概率密度曲线与失效概率的关系,分析并比较不同损伤评价指标、不同评价标准下的失效概率时程曲线,实现了坝体在不同峰值加速度地震动下的失效概率分析评价。对于以往的研究结果,损伤评价指标服从正态分布只是一种假定,并没有详细的依据,从本文的分析结果可以看出:损伤评价指标的概率密度分布结果只是近似于正态分布的形式,用PDE法得到的损伤评价指标的概率分布结果与正态分布的形式有一定的偏差;基于耐震时程加速度曲线下的概率密度演化过程具有较高的计算效率及精度,与正态分布假定相比具有明显的偏峰,更趋近于真实的概率分布;选取塑性耗散能、损伤耗散能作为损伤评价指标可以更保守地表征坝体在不同地震动强度下的失效概率。     

空间单层网壳结构损伤杆件位置识别试验

为解决空间钢结构震后常发生杆件损伤的位置识别问题,设计一个单层网壳结构试验模型,切断单个杆件模拟实际结构的杆件损伤,对该损伤杆件进行位置识别研究.首先,根据空间钢结构自由度多,模态密集等特点,基于小波包能量分析法处理频率密集信号的优势,应用单层钢网壳结构损伤前后两个监测阶段的加速度响应数据,建立抗噪性能和灵敏性较好的损伤杆件位置识别指标向量.再应用有限元软件ANSYS建立17组不同位置杆件损伤的数值分析模型,分别获得17组有限元模型损伤前后的加速度响应数据,通过小波包分析处理后将其损伤指标向量作为损伤识别样本库,再将具有单个杆件损伤试验结构的加速度响应数据处理后得到的损伤识别指标向量与损伤样本库中各杆件损伤位置的指标向量进行聚类分析,识别出实际结构杆件有可能的损伤位置.该方法能够快速识别出实际结构中损伤杆件可能损伤的区域位置,试验结果也验证了方法的可行性和有效性,为后续工程应用研究提供了理论和试验支持.     

地震作用下某重力坝加高前后塑性损伤分析

为研究重力坝在运行过程中遇到地震作用时的稳定性,采用无质量地基,基于混凝土塑性损伤本构模型,利用有限元软件ABAQUS对某重力坝加高前后在地震作用下位移、加速度以及坝体结构损伤区域的演变过程进行了计算分析.利用Westergaard公式进行动水压力数值模拟.结果表明:该大坝加高后的位移及加速度较加高前分别增加了9.3%及2.9%;加高前空库与满水位时分别在坝趾、坝踵出现拉损伤,下游折坡处均出现拉损伤,损伤程度分别为坝顶宽度的1/2与1/3,加高后空库情况下坝颈处稳定性不足,正常蓄水位情况下新浇混凝土、新老混凝土结合面等处均出现不同程度损伤.对加高大坝薄弱区给出了加密锚筋、增加黏结剂等加固建议.     

抗拉强度空间变异性对重力坝地震开裂的影响分析

由于施工质量不均匀和混凝土自身的非均质性,重力坝坝体混凝土强度具有空间变异性,这一特性会对大坝的抗震性能造成影响,而当前的重力坝地震动力分析中很少考虑混凝土强度参数的空间变异性。应用随机场理论构建大坝抗拉强度的空间变异随机场,采用中心点法离散随机场并构建自相关函数得到相关系数矩阵,对相关系数矩阵进行Cholesky分解和线性变换,结合独立标准正态分布样本矩阵生成相关对数正态分布样本矩阵,实现抗拉强度空间变异性的抽样模拟。考虑混凝土抗拉强度的空间变异性,采用混凝土塑性损伤模型对Koyna重力坝进行地震非线性动力分析,基于统计意义研究了坝体裂缝条数、裂缝深度、上游面裂缝分布范围和坝顶位移等动力响应特征。成果分析表明：考虑抗拉强度的空间变异性后,Koyna重力坝动力响应具有明显的离散性,且上游面裂缝条数增加后导致坝顶水平位移整体偏向下游,垂直位移整体上抬,残余位移增大;同时裂缝深度均值较均质材料情况增大,坝体震损程度总体加剧;Koyna重力坝实际观察到的裂缝位于计算得到的裂缝分布范围之内。对抗拉强度变异系数和水平向自相关距离的参数敏感性分析表明,坝体动力响应的均值和变异性随变异系数的增大而增大,但对抗拉强度的水平自相关距离变化不敏感。     

基于小波包能量变化率的钢桁架损伤识别研究

提出了一种基于小波包能量变化率的钢桁架结构损伤识别方法.运用Ansys软件对钢桁架结构进行数值模拟,得到结构各节点的加速度响应数据;利用Matlab对加速度响应数据进行小波包分析,然后通过小波包能量变化率指标识别损伤.主要研究了不同损伤位置、不同损伤程度、以及噪声对损伤识别的影响.数值模拟结果表明,小波包能量变化率指标能准确有效地识别损伤,该方法具有较好的鲁棒性.     

基于动力响应信息分区截断的塔式结构多损伤识别方法

针对环境激励下的塔式结构动力响应信息,采用小波变换实现结构损伤位置识别.受塔式结构多损伤影响,各损伤位置对应的小波细节信息的吉布斯振荡将会相互干扰.为消除获得信息之间的耦合影响,实现多损伤位置的识别.本文通过对损伤位置处结构动力响应信息的截断,将结构中各损伤置于不同信息区间,并将截断后的动力响应信息区间进行有效延拓,消除初始动力响应信息区间边界处吉布斯现象的影响,从而实现了结构多处损伤的识别.算例的分析结果表明:这种方法对于塔式结构多处损伤识别具有有效性和可靠性.     

超高性能混凝土的损伤力学模型及其 在水利工程中的应用

超高性能混凝土具有远超常规混凝土的强度和耐久性,本文探讨其在水利工程中的应用情况。为此,基于损伤力学理论,建立了超高性能混凝土的塑性损伤模型。利用该模型对超高性能混凝土简支梁进行了计算分析,计算结果与试验结果较为接近,验证了该损伤模型的合理性。最后将超高性能混凝土的损伤力学模型应用到Koyna重力坝抗震设计中,在大坝易损薄弱部位采用超高性能混凝土进行抗震加固。应用结果表明,超高性能混凝土能够显著降低地震时坝体的损伤程度,提高大坝的抗震性能。该成果为水利工程加固设计提供了新的思路。     

汶川地震冶勒大坝动力响应规律分析

冶勒大坝为沥青混凝土心墙堆石坝,最大坝高124.5 m, 坝基地质条件复杂。该坝址距“5·12”汶川大地震震中约258 km,地震发生时坝区有强烈震感,大坝强震监测台阵获得了主震较为详细的地震记录。采用三维非线性动力有限元方法对冶勒大坝在“5·12”汶川地震主震作用下的动力反应进行分析。分析时,以基岩实测加速度时程作为地震动输入,最大峰值加速度为11.968 gal,持续时间为124.4 s。有限元动力计算结果与监测资料反映规律吻合较好,获得了冶勒大坝与一般土石坝不同的地震动力反应规律：大坝地震响应分布从左岸到右岸逐渐增大且横河向地震响应较大,这种特殊的反应规律与冶勒大坝左右岸基础严重不对称的特殊地质条件密切相关。     

坝高和基岩刚度对重力坝地震响应的影响

应用随机振动理论,研究了坝高和坝基刚度对重力坝地震响应的影响规律.分析得到具有明确统计意义的结构地震均方根响应、地震最大响应均值及其均方差,分析成果可用于重力坝的抗震安全性和可靠性评价.同时分析了重力坝地震响应加速度和动应力随坝高和坝基刚度变化的统计规律.     

基于传递熵的梁结构损伤动力识别

引入传递熵理论,利用梁上多点的加速度信号进行动力损伤识别研究.利用Abaqus软件分析只在主平面内弯曲振动的混凝土简支梁,通过折减指定单元弹性模量的方法模拟梁的弹性损伤.数值分析采用高斯白噪声激励,为了保证传递熵结果的可靠性,在每个损伤工况下均进行多次数据采样,利用各时间尺度上传递熵的均值进行损伤识别.基于梁上多点的加速度信号,利用核密度估计方法验证了直接使用线性化传递熵理论的合理性.通过定义损伤指标,表明传递熵在对混凝土结构进行损伤定量及定位方面均有良好的表现.     

碾压混凝土重力坝地震动力分析

结合龙滩碾压混凝土重力坝,采用有限元动力分析方法,分析了碾压混凝土重力坝的动力特性和地震动力响应,研究了碾压混凝土重力坝地震动位移和地震动应力的分布规律．     

碾压混凝土重力坝地震动力分析

结合龙滩碾压混凝土重力坝,采用有限元动力分析方法,分析了碾压混凝土重力坝的动力特性和地震动力响应,研究了碾压混凝土重力坝地震动位移和地震动应力的分布规律。     

江垭水电站碾压混凝土重力坝的温度应力分析

为研究温度荷载对江垭水电站碾压混凝土重力坝的影响,以其非溢流坝段为研究对象,建立有限元模型,根据江垭水电站的水温、气温、坝体温度、地基温度等监测资料,计算分析了大坝运行期的温度场,研究了大坝在温度场影响下的应力变化规律.研究结果表明:温度荷载对大坝运行有较大影响,但是大坝仍满足规范设计要求;夏季持续高温时,应避免大坝在高水位下运行;冬季持续低温时,应避免大坝在低水位下运行.     

基于柔度矩阵法的大跨斜拉桥主梁的损伤识别

根据柔度矩阵的概念,构造出了一个损伤指标.采用有限元方法,对1座设定主梁不同位置发生损伤的大跨度预应力混凝土斜拉桥进行动力特性分析,提出了利用局部最优原则并根据指标曲线峰值点来对损伤进行判定的方法.研究表明,损伤指标可对主梁结构中不同位置设定的损伤进行识别判断;损伤指标随着结构损伤程度的增大而增大,当结构损伤程度不超过40%时,两者之间呈现出线性比例关系,而当结构中产生了很严重的损伤时,损伤指标随着损伤程度的增大而以幂指数的形式剧烈增大.损伤指标的识别精度与测点数目及测试误差有关,当测点数目减少一半时,损伤指标仍可识别出结构中设定的损伤,对模态参数做多次平均处理,有助于减少测试误差,提高损伤指标的识别精度.     

基于小波包能量谱的空间钢框架结构两阶段损伤识别与定位研究

结构损伤的发生会改变结构的动力响应,因此可以用结构动力响应的变化来识别结构损伤.在将结构的动力响应与小波包能量谱相结合的基础上,提出新的结构损伤识别指标能量谱均值偏差ESAD(Energy Spectrum Average Deviation)和节点层间位移总能量差变化率EDRV(Energy difference rate ofvariation),并通过数值模拟,将其应用于一座四层两跨钢框架结构的损伤识别上,进行有效性的验证.分析表明:第一阶段,在较少的动力响应提取点的情况下,指标ESAD能很好地识别出结构不同工况的损伤及初步判断损伤发生在结构的哪一侧位置,并且该指标与损伤的严重程度成正比;第二阶段,根据损伤发生所在侧位的各层节点位移响应,指标EDRV可以定位到损伤发生所在的层数.