混凝土坝抗震加固中钢筋混凝土的动力本构模型

基于复合材料细观力学和混凝土塑性损伤理论,针对混凝土坝抗震钢筋的分布形式和钢筋混凝土材料的力学特征,提出了钢筋单方向分布情况下钢筋混凝土材料的等效模量、等效强度的简化公式,在此基础上建立了整体式钢筋混凝土动力本构模型,并以Koyna坝为例,根据配筋前坝体的地震塑性损伤分析设置了配筋方案,分别运用整体式和分离式钢筋混凝土动力本构模型对该坝进行配筋计算,并进行了三维非线性地震响应时程分析,得到了两种不同配筋条件下坝体的拉应力损伤因子分布及坝顶动位移响应。结果表明,两种模型计算结果比较接近,配筋抗震措施能够明显地减小坝体损伤区的范围,整体式钢筋混凝土动力本构模型在满足计算精度的前提下可提高计算效率、简化模拟计算。     

基于无限元边界模型的高拱坝损伤开裂数值分析

基于ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,分别建立了考虑地基辐射阻尼效应的有限元—无限元耦合模型和无质量地基模型,讨论高拱坝在设计地震作用下采用两种地基模型得到的应力、横缝开度、坝顶顺河向位移和损伤开裂情况。结果表明：无质量地基模型与无限元边界模型相比,坝体拱向和梁向应力最大值明显增加,增大了坝体的横缝开度和坝顶顺河向位移,同时坝体的损伤开裂情况更为严重。因无限元边界模型能考虑地基的辐射阻尼效应,能真实地反映坝体的地震响应,而无质量地基模型夸大了坝体的地震响应,故用无质量地基模型进行坝体的抗震分析是过于保守的。     

基于ABAQUS的高拱坝强震作用下的损伤破坏分析

为预测高拱坝在强烈地震作用下可能的开裂范围,基于有限元软件ABAQUS内嵌的混凝土损伤塑性模型,对国内某拱坝在强烈地震作用下的动力响应进行了数值模拟,得到了地震全过程拱坝拉损伤分布和典型单元的损伤发展时程。分析表明,大坝在经历强震作用后总体损伤不大,但坝体拱冠梁附近中上部及坝体与基岩交界处局部损伤严重,是抗震薄弱部位。研究给出了拱坝的损伤发生、发展过程,为高拱坝抗震安全评价提供了一种分析途径。更多还原     

高拱坝强震开裂与配筋效果研究

本文基于混凝土塑性损伤理论,引入配筋混凝土断裂能加权计算方法,采用组合式钢筋混凝土模型和等效裂缝宽度的概念,提出了一种拱坝坝面配筋混凝土在动力荷载下的等效开裂计算模型,对高拱坝进行了梁向配筋的抗震效果分析。该模型应用于大岗山工程210m高的双曲拱坝的开裂计算,结果表明,尽管坝面配筋无助于防止混凝土裂缝的发生,但能够较有效地控制坝体裂缝的扩展,限制裂缝宽度,对提高坝体整体性与减小横缝开度具有一定的效果。     

阿尔塔什水利枢纽工程混凝土面板堆石坝抗震工程措施及静、动力有限元计算分析

鉴于强震区200 m级超高混凝土面板堆石坝所面临的变形控制难、坝体抗震等级高、砂砾石覆盖层深厚等诸多设计难点,结合阿尔塔什混凝土面板堆石坝坝体结构、坝壳料设计,借鉴已建工程经验提出抗震工程措施。通过建立坝体、覆盖层的三维有限元模型,堆石料静力本构分析采用邓肯张E-B模型,动力本构分析采用等效黏弹性模型,分析了考虑抗震工程措施的坝体抗震能力。结果表明:坝体在竣工期、正常运行期、正常运行+地震三个工况下的变形规律合理。混凝土防渗墙和面板结构中最大拉、压应力均可满足所选混凝土材料的规范要求。坝顶下游坝坡设置浆砌块石护坡后可有效减弱该区域局部动力剪切破坏和浅层滑移。坝顶上、下游边坡布置阻滑钢筋网以及适当提高填筑料的相对紧密度、孔隙率,可以有效提高大坝坝坡的抗震稳定性和坝体抗震能力。研究成果以期为今后300 m级面板堆石坝工程设计上提供借鉴。     

两种动水压力模型重力坝地震动力损伤比较分析

采用基于位移格式的流体单元与弹塑性损伤本构的固体单元分析了坝体—水库耦合系统在强震下库水对重力坝的动力响应、坝体内部应力分布以及损伤的影响。对流固耦合模型与附加质量模型的坝体损伤分析结果进行比较发现,附加质量模型不仅对上游坝面的动水压力有放大作用,而且对坝体的其他动力响应,如位移、加速度,也有不同程度的放大作用。同时,附加质量模型对地震中坝体内部应力及损伤也有一定的放大作用。可见,流固耦合模型分析大坝—水库系统相互作用更接近现实情况。     

超强地震作用下拱坝的损伤开裂分析

本文根据混凝土抗拉软化特性,基于混凝土塑性损伤模型,分析了大岗山双曲拱坝在超强地震荷载作用下的损伤开裂。研究采用非线性有限元的精细网格,考虑横缝非线性效应,应用时域方法分析了高拱坝在超强地震作用下的开裂形式以及损伤随着地震时程的发展情况。研究表明,拱坝在0.56g(PGA)超强地震荷载下坝体中上部梁向损伤指数达到0.9,拱坝该部位可能发生损伤开裂。同时由于损伤使坝体刚度下降导致坝顶位移与横缝开度显著增大,如横缝开度最大由16.2mm增大到36.8mm,因此需要考虑采取坝体抗震加强措施。     

基于 ABAQUS 的高拱坝强震作用下的损伤破坏分析

为预测高拱坝在强烈地震作用下可能的开裂范围,基于有限元软件ABAQUS内嵌的混凝土损伤塑性模型,对国内某拱坝在强烈地震作用下的动力响应进行了数值模拟,得到了地震全过程拱坝拉损伤分布和典型单元的损伤发展时程。分析表明,大坝在经历强震作用后总体损伤不大,但坝体拱冠梁附近中上部及坝体与基岩交界处局部损伤严重,是抗震薄弱部位。研究给出了拱坝的损伤发生、发展过程,为高拱坝抗震安全评价提供了一种分析途径。     

混凝土重力坝抗爆性能及抗爆措施研究

大坝受袭的可能方式主要有直接命中坝体爆炸、库前水中爆炸、库区近空爆炸。本文考虑爆炸冲击荷载作用下混凝土的高应变率效应,通过构建重力坝侵彻爆炸、水中爆炸和空中爆炸的全耦合模型,对不同爆炸方式下的大坝动态响应进行了全性能数值仿真,探讨了混凝土重力坝在不同爆炸方式下的可能破坏模式及抗爆性能,并重点研究了水中爆炸冲击荷载下局部配置抗爆钢筋对大坝动态响应的影响,给出了配筋前后大坝开裂破坏范围及坝顶动位移响应,为大坝抗爆性能评估和防护设计提供基础。研究表明,水中爆炸冲击荷载作用下大坝的破坏效应较大,水下贴坝面爆炸时大坝破坏最严重;侵彻爆炸和空中爆炸的毁伤效应主要表现为坝体的局部破坏效应;采取配筋抗爆措施能够显著限制坝体裂缝的扩展与贯穿,减少坝体开裂破坏范围,有效地改善坝体的抗爆性能。     

近断层地震动作用下重力坝损伤特性研究

为了解近断层脉冲型地震动作用下的重力坝损伤特性,以Koyna重力坝为例建立了塑性损伤模型,并对模型的正确性进行了验证。从坝体损伤区域分布、坝顶关键点位移以及坝体损伤耗能情况3个方面出发,对比研究了具有向前方向性效应、滑冲效应和无脉冲效应近断层地震动对重力坝损伤特性的影响。结果表明：向前方向性效应地震动作用下坝体产生的损伤破坏范围、坝顶关键点位移变形及坝体损伤耗能最大,其次为无脉冲效应地震动,滑冲效应地震动造成的影响最小,说明向前方向性效应地震动会对重力坝产生更为严重的损伤破坏影响,在重力坝抗震设计过程中应重点关注向前方向性效应地震动造成的影响。     

某重力坝考虑混凝土拉压损伤的地震响应分析

本文结合某实际重力坝工程,采用有限元软件ABAQUS的混凝土材料塑性损伤本构模型模拟了其混凝土材料在地震荷载作用下拉压损伤、拉压转换的全过程,并通过地震超载的方式使混凝土重力坝逐步达到极限状态,探讨了混凝土重力坝拉压损伤演化过程和变化趋势。通过与仅考虑混凝土受拉损伤在不同地震超载系数下的计算结果对比,还考虑混凝土受压损伤对重力坝强震破坏过程和极限抗震能力分析的影响。研究结果表明,同时考虑拉压损伤和只考虑拉损伤的极限抗震能力相同,且重力坝的强震损伤极限状态主要是由受拉损伤控制,同时在多轴应力状态下,拉压损伤有可能在同一部位同时出现。     

基于NGA模型的主余震序列作用下重力坝损伤破坏研究

传统的线弹性模型和弹塑性DP模型难以真实反映混凝土、岩石地基在遭遇超出其抗拉压强度时的损伤破坏规律。为更加全面地评估余震作用对已损重力坝结构的累积破坏影响,本文采用塑性损伤力学模型来模拟坝体的动力损伤,同时考虑岩石材料的非线性性质,将塑性损伤力学的方法推广到岩体材料,建立了大坝坝体与地基的整体损伤力学模型,实现了重力坝整体动态损伤演化全过程模拟。结合主震与强余震统计关系和NGA地震动衰减关系构造了主余震地震动序列,分别研究了单次主震、单次余震以及主震后余震对强震区混凝土重力坝坝体地基整体损伤演化的影响。研究结果表明:余震作用对坝基的塑性应变累积效应显著,对于主震受损的混凝土重力坝结构,余震作用能够引起结构较大的二次残余变形。     

考虑强震持续时间的混凝土重力坝损伤累积研究

利用混凝土塑性损伤模型和塑性损伤力学的方法分析了混凝土重力坝在不同强震持续时间(强震持时)作用下的非线性损伤累积破坏效应,并根据大坝局部损伤评价指标和整体损伤评价指标对大坝损伤累积破坏程度进行了评价。分析结果表明:地震动强震持续时间对混凝土大坝损伤累积破坏有重要的影响,地震动强震持续时间越长,混凝土大坝损伤累积破坏越大;根据局部损伤评价指标可以有效地判定大坝抗震薄弱部位在大坝中上部,并且大坝整体损伤累积破坏指数可以反映地震动作用下大坝的整体损伤累积破坏程度,从而有效评价混凝土大坝的抗震性能,为混凝土大坝的抗震设计提供科学依据。     

渡口坝坝肩采空区置换措施及加固效果研究

梅溪河渡口坝坝址处贯通于坝基砂岩中的煤层采空区是影响拱坝坝肩稳定的突出问题。为确定采空区开挖置换混凝土的深度,采用有限元分析方法,取正常蓄水位+温降时采空区置换50 m、80 m1、00 m和无置换的情况,对渡口坝坝体及基岩应力应变特性进行了计算分析,给出了各自的应力和位移分布,并开展相应处理方案的超载稳定计算分析。对比分析表明,坝肩煤层采空区对坝肩变位和应力分布影响显著,必需采取置换措施。与无置换时相关数据进行对比,置换深度达到80 m时,坝体蓄水期总体变形规律明显改善,上游坝面拉应力极值显著减小,坝体与坝基超载能力提高,满足设计要求。     

高拱坝强地震作用下损伤破坏分析

结合混凝土静动态试验，根据连续损伤力学中能量等效原理和有效应力概念，建立了能反映混凝土动态情况下多轴弹塑性损伤破坏模型，破坏准则中考虑了多轴损伤变量和应变率的影响。用于有限元数值模拟，对强地震作用下（峰值地震加速度为0.5575g）某高拱坝动力响应进行了数值模拟，获得地震全过程拱坝拉损伤、压损伤、总体损伤模式和应变率响应；分析结果表明了大坝的破损趋势，同时可看出导致大坝破损的主要原因是混凝土的拉伸损伤；并且得到大坝不同部位有着明显不同的率响应，将很大程度上影响坝体混凝土不同程度的动态性能；结果显示大坝在经历强震作用后总体损伤不大，借助损伤力学评价大坝经历强震后的安全性较好，但坝体存在抗震薄弱部位，设计和施工中应注意采取措施处理；同时坝体地震破损发展过程表明了大坝的破坏趋势，和该拱坝模型试验的破损情况比较一致。本文工作可为类似体型拱坝动力灾变过程分析和判断提供参考。     

水下爆炸冲击荷载作用下重力拱坝及坝后式厂房的破坏效应

当坝身设有孔口且存在坝后式厂房时,水下爆炸冲击荷载作用下大坝的动力响应非常复杂。 针对此问题,考虑爆炸作用下混凝土的高应变率效应,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ－Ｅｕｌｅｒｉａｎ耦合方法建立水下爆炸 冲击下大坝－厂房－库水－坝基全耦合模型,利用数值模拟技术分析了水下爆炸冲击荷载作用下重力 拱坝及其坝后式厂房的动态破坏过程,得到了重力拱坝及坝后式厂房在水下爆炸冲击荷载作用下的损 伤破坏过程及损伤机理。结果表明:水下爆炸冲击荷载作用下重力拱坝的损伤破坏形式包括爆炸成坑 破坏、气穴冲切破坏、局部拉伸破坏和整体拉伸破坏;随着爆心距的增大,大坝的主要损伤破坏形式逐渐 改变,分别为爆炸成坑破坏、局部拉伸破坏和整体拉伸破坏,当爆心距进一步增大时,坝体破坏逐渐减 小;进水口和溢流表孔的存在削弱了坝体局部强度和拱效应;水下爆炸冲击荷载作用下,坝后式厂房由 于结构的整体响应发生局部拉伸破坏。     

高拱坝地震损伤破坏的数值模拟

本文在假设混凝土宏观均质的基础上考虑细观不均匀性的影响,采用带残余强度的双折线损伤演化模型和带幂函数下降段的损伤演化模型,结合带拉伸截断的摩尔-库仑破坏准则,探讨了高拱坝在地震作用下的裂缝扩展和破坏形态.某即将兴建的拱坝的计算结果表明,混凝土大坝破坏主要由拉应力引起,开裂从坝顶中部开始,裂纹主要出现在坝体上部,其余部位基本保持完好.计算结果得出的最终破坏形态与模型试验基本一致.     

大体积混凝土结构表面保温措施工程实例分析

为了避免某水电站坝体在施工和蓄水运行过程中因温度应力超过混凝土抗拉强度而产生裂缝,结合该大坝的实际工程情况,将大型商业有限元软件ANSYS与三维有限元温控主体程序RCTS相结合,对该水电站坝体在坝轴线方向横缝之间的整个坝段施工期和运行期的温度场、温度应力进行了仿真计算。计算结果表明：坝体基础常态混凝土垫层部位在外温变化及基岩约束双重作用下,出现了较大的拉应力。混凝土表面铺设保温板后,减小了外界温度对混凝土的影响,垫层部位的最大应力有所降低。可见,混凝土表面铺设保温板是降低温度应力的有效措施。