应变率对拱坝地震反应的影响

根据混凝土动力抗拉抗压试验成果和一致黏塑性模型的概念,考虑应变率和静水压力的影响,将混凝土静态HTC四参数模型改造成一致黏塑性HTC四参数本构模型,并用这个模型对某高拱坝进行了非线性地震反应分析,并与线弹性模型和率无关HTC四参数模型的结果进行比较,探讨应变率对拱坝地震反应的影响,结果表明考虑应变率的影响后,拱坝的应力和塑性应变都发生了较大的变化。     

高拱坝振动台地震破坏试验研究及数值仿真

 以大岗山拱坝模型的动力破坏试验为基础,从试验和数值计算角度,对整体拱坝动力特性、薄弱部位、破坏形态以及抗震性能进行研究。采用和混凝土性能相似的脆性模型材料,通过逐级加载的方式在振动台上对整体拱坝进行从弹性到破坏整个过程的模型试验,分析坝体动态特性、加速度和应变的变化规律。并采用弹脆性损伤模型对混凝土拱坝在地震作用下损伤破坏的全过程进行数值仿真,探讨拱坝动力破坏过程、破坏形态,并与试验结果进行对比分析。结果表明：模型试验和对原型进行的数值模拟所得到的破坏过程和破坏形态都较为接近。在顺河向地震作用下,顶拱的坝中部位为地震应力最高的区域,是坝体薄弱的部位,整体拱坝首先在该位置出现裂纹,其次是顶拱距左右两岸1/4拱圈处。在强震作用下,拱向和梁向裂缝贯穿上下游,将导致拱顶中部的混凝土脱离坝体,丧失壅水功能。试验和计算结果相互印证,可呈现高拱坝在强烈地震作用下的损伤破坏过程及破坏形态,确定抗震薄弱环节,为混凝土高坝的抗震功能设计提供基础。     

高拱坝动力分析及坝肩稳定性研究

采用非线性本构模型和破坏准则,结合三维动力有限元法对江坪河高拱坝在静荷载和地震联合作用下的响应进行非线性分析.首先对拱坝自由振动的模态分析采用分块Lanczos迭代法,得到拱坝在不同水位下的自振频率和振型;然后根据规范规定的振型分解反应谱法分析大坝在地震作用下的动力响应以及对应工况下的坝体及坝肩的变形和应力发展状态、可能失稳模式.通过对地震前后大坝的应力、应变以及抗滑稳定安全系数的比较可以看出,对于复杂地质条件下的高拱坝,地震作用会进一步劣化其应力与变形状态,并加剧其失稳.     

高拱坝动力分析及坝肩稳定性研究

采用非线性本构模型和破坏准则,结合三维动力有限元法对江坪河高拱坝在静荷载和地震联合作用下的响应进行非线性分析。首先对拱坝自由振动的模态分析采用分块Lanczos迭代法,得到拱坝在不同水位下的自振频率和振型;然后根据规范规定的振型分解反应谱法分析大坝在地震作用下的动力响应以及对应工况下的坝体及坝肩的变形和应力发展状态、可能失稳模式。通过对地震前后大坝的应力、应变以及抗滑稳定安全系数的比较可以看出,对于复杂地质条件下的高拱坝,地震作用会进一步劣化其应力与变形状态,并加剧其失稳。     

拱坝振动台动力破坏试验研究

水电资源富集而高烈度地震频发的西南、西北地区的水电建设在西部大开发和全国能源合理配置中具有举足轻重的战略地位,而高拱坝抗震安全是西部水电开发建设的关键技术之一。针对拱坝在强地震动作用下的动力响应和损伤破坏过程,进行振动台模型试验研究。试验模型最大限度地模拟影响拱坝地震响应的各种主要因素,包括坝体—基础—库水间动力相互作用,坝体构造横缝,坝肩关键滑裂体,动态能量辐射等。模型坝体材料采用自然干燥粉状材料加压制成,满足模型强度相似要求。在逐级增加的输入地震作用下坝体共发生11处可确认开裂损伤,但未出现受压破坏。试验模拟呈现拱坝在地震作用下的响应及其损伤破坏过程,确定抗震薄弱部位,为全面定量评价拱坝的抗震性能提供重要依据。     

带横缝高混凝土拱坝动力模型试验研究

在我国西南地震高发区建设高混凝土拱坝,大坝的抗震安全是一个非常重要的课题。通过振动台动力模型试验,研究带横缝高混凝土拱坝在地震荷载作用下从弹性变形到最终破坏的动力特性。试验表明,带横缝拱坝与整体拱坝的动力特性及破坏形态均有所不同。     

混凝土单轴动态受拉损伤试验研究

混凝土结构在使用过程中,都要遭受地震、爆炸、冲击等动态荷载作用,在动态荷载作用下,混凝土的动态特性及损伤特性将发生很大改变.通过在MTS试验机上对普通混凝土受拉试件在应变率10-5%～10-1/s范围内进行动态单轴直接拉伸试验,以切线模量的退化来量度损伤,从损伤的角度把混凝土受拉应力一应变上升段曲线分为3个阶段,即初始损伤未发展阶段、损伤稳定发展阶段、损伤不稳定阶段.研究表明,随着应变率的变化,损伤未发展阶段的最大应力水平也随之增加.同时分析了动态荷载下混凝土的抗拉强度、弹性模量、临界应变及泊松比的变化,结果表明混凝土的弹性模量和泊松比随着应变率的增加变化不大;混凝土的抗拉强度、临界应变与应变率之间呈线性关系,并给出了抗拉强度、临界应变受应变率影响的经验公式.     

钢-混凝土组合框架抗震性能分析

为研究钢-混凝土组合框架在地震作用下动力性能及破坏形式,为钢-混凝土组合框架在地震区的使用提供依据,进行了1/3比例钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁组合框架结构模型振动台试验研究。通过试验,得到不同地震烈度下组合框架结构的动力特性、位移响应、加速度响应。应用SAP2000软件对该结构进行不同烈度地震作用下的弹性时程分析和弹塑性时程分析,得到各水准地震作用下结构动力特性和位移反应,分析结构的地震损伤破坏过程及损伤分布情况。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件缩尺效应的数值模拟研究

基于一组用于爆炸荷载下钢筋混凝土构件动力响应的无量纲相似准则,结合已有钢筋混凝土板缩尺抗爆试验数据,采用显式动力有限元软件LS-DYNA及弹塑性混凝土损伤本构模型,建立爆炸荷载作用下原型和缩尺钢筋混凝土板有限元模型,研究缩尺效应中缩尺系数、材料断裂能和材料应变率对钢筋混凝土板动力响应相似性的影响。结果表明：(1)采用弹塑性损伤本构模型能有效反映钢筋混凝土构件动力响应的缩尺效应,且缩尺模型的破坏形式及位移满足相似率;(2)当缩尺系数为0.2时,缩尺数值模型无法有效表征原型构件的损伤分布及位移响应,使其不满足钢筋混凝土板动力响应的相似率;(3)混凝土材料断裂能对构件动力响应的相似率影响不大,而混凝土应变率对缩尺模型的动力响应具有较大影响。研究结果可为钢筋混凝土构件抗爆试验中缩尺系数和模型材料选择、有限元模型中相关材料断裂能和应变率选取提供有效建议。     

地震作用下普通混凝土动态力学性能研究进展

为了减少地震对建筑、桥梁结构造成的损伤,优化抗震设计,本文详叙了地震作用下普通混凝土动态力学性能。其中,总结了在地震荷载引起的应变率范围内,单向应力状态下混凝土强度与峰值应变随应变率变化的数学模型;阐述了不同应力路径加载对混凝土双轴动态性能的影响;归纳了三轴应力状态下混凝土强度与峰值应变随应变率变化的规律;以期为地震作用下混凝土单元模型的改进与工程应用提供参考。     

加载速率对钢筋混凝土框架柱动态特性的影响

利用有限元软件ABAQUS,分别对钢筋混凝土框架柱在准静力和高应变率动态加载条件下的响应进行了数值模拟.探讨了加载速率对构件承载力、破坏形式的影响,并且对比了数值模拟结果和试验结果.通过比较高应变率与准静态加载下的分析结果,分析了应变率效应对钢筋混凝土柱的影响.研究结果表明,当考虑应变率效应时,钢筋混凝土柱的动态力学行...     

Dynamic failure analysis of concrete dams under air blast using coupled Euler-Lagrange finite element method

In this study, the air blast response of the concrete dams including dam-reservoir interaction and acoustic cavitation in the reservoir is investigated. The finite element (FE) developed code are used to build three-dimensional (3D) finite element models of concrete dams. A fully coupled Euler-Lagrange formulation has been adopted herein. A previous developed model including the strain rate effects is employed to model the concrete material behavior subjected to blast loading. In addition, a one-fluid cavitating model is employed for the simulation of acoustic cavitation in the fluid domain. A parametric study is conducted to evaluate the effects of the air blast loading on the response of concrete dam systems. Hence, the analyses are performed for different heights of dam and different values of the charge distance from the charge center. Numerical results revealed that 1) concrete arch dams are more vulnerable to air blast loading than concrete gravity dams; 2) reservoir has mitigation effect on the response of concrete dams; 3) acoustic cavitation intensify crest displacement of concrete dams.     

适用于型钢高强高性能混凝土柱的地震损伤模型

为了较好地分析型钢高强高性能混凝土柱在地震荷载作用下的损伤破坏机理,通过对现有几种地震损伤模型的分析比较,并结合低周反复荷载作用下型钢高强高性能混凝土柱的滞回特性,建立以最大变形处卸载刚度的退化和累积的残余塑性变形为破坏参数的地震损伤模型,并结合已有的试验结果对损伤模型进行了非线性回归分析,确定模型中相关参数。同时分析剪跨比、混凝土强度、轴压比对型钢高强高性能混凝土柱损伤累积和发展的影响,结果表明,在加载后期,随着混凝土强度和轴压比的增加,型钢高强高性能混凝土柱的损伤发展加快;而随着剪跨比的增加,型钢高强高性能混凝土柱的延性提高,损伤进程相对平缓。     

基于混凝土不均匀性面板堆石坝面板损伤分析

将混凝土面板堆石坝中面板混凝土视为宏观上均质、细观上不均匀的材料,结合统计学原理,考虑材料参数分布的随机性,通过二维有限元数值分析,研究了混凝土的弹性模量和抗拉强度随机性对面板堆石坝面板动力损伤分布规律的影响。计算结果表明:不考虑面板混凝土材料参数随机性时,(0.65~0.85)H(H为坝高)处面板顺坡向应力较大,拉损伤主要发生在0.8H(H为坝高)附近的面板处;随着混凝土材料不均匀性增大,发生拉损伤的部位趋于分散,但主要集中在(0.4~0.9)H范围内的面板。因此这部分面板应该是抗震设计的重点区域。采用混凝土弹脆性细观损伤模型,考虑材料参数的随机性,能够直观地阐明混凝土面板的地震破坏过程和损伤分布,便于了解面板薄弱环节,研究成果可以为混凝土面板堆石坝抗震设计提供参考。     

考虑动力损伤退化的钢筋混凝土柱恢复力模型

基于16根钢筋混凝土柱的静力和动力循环往复加载试验,研究了动力效应对柱抗震性能的影响。依据修正Park-Ang损伤指标建立的静力和动力损伤指标,能够兼顾考虑最大位移与循环加载次数对柱损伤退化指标的影响。分别建立静力和动力加载下性能退化参数与相应位移比、损伤指标之间的关系,并结合建构的动力退化函数,提出能够反映滞回曲线的负刚度段、循环退化效应以及捏缩效应的钢筋混凝土柱动力恢复力模型。与试验数据对比的结果表明,提出的宏观力学模型可以有效模拟静力和动力加载情况下钢筋混凝土柱的滞回特性,且动力恢复力模型相比于静力恢复力模型能够更好地刻画钢筋混凝土柱在地震应变率作用下的力学性能。文中建立的恢复力模型及方法可为钢筋混凝土结构的抗震分析提供理论参考。     

The influence of sulfate attack on the dynamic properties of concrete column

Concrete structures in service may be suffer from sulfate attack, which may lead to the deterioration of both static and dynamic properties of concrete, and therefore jeopardize their performance in earthquake events. To predict the seismic performance of sulfate-damaged concrete structures, the rate-dependent strength, deformation behavior and energy absorption capacity of concrete specimens under sulfate attack were investigated. First, half of the specimens were initially cured under sulfate attack for 4 months and the other half of the specimens were cured in a room environment for comparison. Then axial compressive experiments for concrete specimens with different strain rates were carried out. Experimental results show that sulfate attack had a significant impact on the dynamic properties of concrete. Sulfate attack makes concrete strength more sensitive to strain rate. With increasing strain rates, the peak strain and energy absorption capacity of control and sulfate attacked concrete tend to increase, but they are greatly decreased by disruptive expansion and chemical deterioration induced by sulfate attack. Finally, the failure phenomenon was shown and the damage mechanism of specimens was discussed.     

基于跨尺度精细方法的面板坝面板损伤演化尺寸效应分析

中国面板坝建设规模正突破200~300 m级跨越,研究地震面板损伤破坏对特高坝抗震性能和安全控制具有重要意义。引入Quadtree跨尺度建模和非线性SBFEM-FEM耦合分析方法,联合土体广义塑性模型、弹塑性接触模型和混凝土塑性损伤模型,研究了高面板坝面板地震精细损伤演化过程。研究表明：面板损伤区主要发生在高程0.6H~0.9H区间附近;随顺坡向网格细化,损伤越趋局部化,越能合理地反映面板顶部的损伤破坏现象,建议顺坡向面板尺寸取0.5~1.0 m。面板大部分区域法向划分2层或1层网格可满足计算精度,但对顶部局部区域,可考虑分3层网格。基于Quadtree-SBFEM-FEM的跨尺度分析方法,实现了面板的精细化损伤演化规律研究,可为工程地震薄弱区域的精准定位和抗震安全控制方法的有效性分析提供重要参考和指导。     

强震区高混凝土面板堆石坝地震残余变形与动力稳定分析

采用三维非线性动力有限元分析方法,针对西部强震区的积石峡水电站工程的高混凝土面板堆石坝,在地震反应分析基础上,应用所建立的分析方法,重点研究了该坝的地震残余变形、坝体单元抗震安全性、面板及坝坡的抗震稳定性,得出了大坝地震残余变形和动力稳定的有关规律和结论,可供工程建设参考。