碾压混凝土重力坝层间应力地震响应分析

强震作用下碾压混凝土重力坝的动力响应特征和破坏与碾压层的层状性态密切相关。基于碾压混凝土中碾压层与本体混凝土力学参数关系,以及横观各向同性本构模型,利用宏观等效单元建立了地震动作用下含碾压层影响的重力坝等效模型。利用此模型进行了地震作用下的计算,将常态混凝土坝坝体应力与碾压混凝土坝各碾压层间应力进行比较。结果表明,文中的等效单元方法能够反映出强震作用下碾压层特征对结构的动力响应特性的显著影响,并且能够大幅度提高计算效率,节约计算时间和成本。对不同碾压层等效厚度的比较可以看出,当软弱夹层厚度较大时,它对坝体层间应力的影响更为明显。     

基于响应面法的拱坝地震易损性分析

基于响应面法建立了一种高效的拱坝地震易损性分析方法。考虑混凝土拱坝材料以及地震动的不确定性,按照中心复合试验设计方法建立材料-地震动样本,采用Abaqus有限元分析软件建立拱坝有限元模型并对样本进行非线性动力时程计算,然后以拱冠位移为性能指标建立响应面模型。采用拉丁超立方抽样法从响应面模型中抽样,建立概率地震需求模型,从而获得地震易损性曲线,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供理论依据。分析结果表明：所建立的拱坝响应面模型精度较高,基于响应面法的拱坝地震易损性分析方法比传统的蒙特卡罗模拟法具有更高的效率。     

一种用于有限元疏密过渡的新型十三节点单元

提出一种新型的十三节点单元,通过将母单元积分域分成四个子域,在各子域中分别建立线性化的插值函数并进行数值积分,确保了疏密单元之间的协调性,进而将四个子域的积分结果按自由度进行累加即可得到该单元的数值积分结果.该单元在保证疏密单元交界面位移协调的基础上,实现由一个粗(疏)单元向四个细(密)单元过渡.新型十三节点单元精度与普通六面体单元或四边形单元相当.若应用于大型工程结构的有限元分析,可在不损失精度的前提下有效减小计算量.算例表明该单元有良好的数值精度和实用性.     

Improved parameter selection method for mesoscopic numerical simulation test of direct tensile failure of rock and concrete

In order to numerically simulate the failure process of rock and concrete under uniaxial tension, an improved method of selecting the mechanical properties of materials was presented for the random mechanic parameter model based on the mesoscopic damage mechanics. The product of strength and elastic modulus of mesoscale representative volume element was considered to be one of the mechanical property parameters of materials and assumed to conform to specified probability distributions to reflect the heterogeneity of mechanical property in materials. With the improved property parameter selection method, a numerical program was developed and the simulation of the failure process of the rock and concrete specimens under static tensile loading condition was carried out. The failure process and complete stress-strain curves of a class of rock and concrete in stable fracture propagation manner under uniaxial tension were obtained. The simulated macroscopic mechanical behavior was compared with the available laboratory experimental observation, and a reasonable agreement was obtained. Verification shows that the improved parameter selection method is suitable for mesoscopic numerical simulation in the failure process of rock and concrete.     

基于复模态的非比例阻尼结构参数识别研究

在地下结构地震响应的简化分析模型中,无限地基的辐射阻尼通常以附加阻尼罐的形式与结构动力刚度阵耦合在一起,其阻尼形式不同于结构阻尼或比例阻尼.由于复杂地质条件以及计算规模的限制,采用理论或数值分析方法得到的无限地基辐射阻尼参数与实际情况往往有较大的差别.引入节点阻尼,并提出利用复特征对进行参数识别的思想.同时为了解决由于阻尼阵与刚度阵的耦合而产生的非线性问题,构造了一种迭代算法.结果表明,算法能够比较准确地识别各类参数.     

混凝土重力坝抗震配筋的振动台模型试验

通过在坝体上下游表面的合理配筋提高混凝土坝的抗震能力对于保障坝体安全具有重要的意义。由于钢筋和混凝土之间的复杂相互作用以及大体积配筋混凝土的本构模型还不完善,针对几何比尺为1∶100的重力坝模型,采用满足弹性-重力相似率的低弹模、低强度混凝土仿真试验材料和满足配筋率相似关系的金属材料,通过分别施加人工波、丽江波和迁安波,进行了配筋与不配筋的振动台模型对比试验,根据相似比定量验证了抗震配筋的效果。试验结果表明,抗震配筋措施虽然对坝段的起裂没有明显的影响,但在大坝发生裂缝后,会限制裂缝的迅速扩展。研究结果对于高烈度地震动类似工程的抗震措施有着良好的工程参考价值。     

拱坝地震破坏的模型试验与数值模拟

从模型试验和数值模拟两方面研究拱坝在地震作用下的破坏情况.在振动台上进行了高拱坝的动力模型试验,研究空库情况下整体坝的破坏过程和破坏形态.试验中采用仿真混凝土,模拟部分地基和山体.由设计加速度反应谱生成地震加速度时程,在顺河向逐级加载输入.为与模型试验互相验证,文中模拟相似的条件,对拱坝的原型进行非线性有限元分析.在宏观均质假定的基础上考虑混凝土细观分布的非均匀性,得出的破坏过程和破坏形态与模型试验结果一致.证明了模型试验设计和本文数值模型的有效性.研究表明,顶拱中部附近是拱坝抗震设防的关键部位,地震作用下易发生开裂,极端情况下坝块可能脱落,随后其两侧的混凝土相继脱落导致破坏区域扩大,应对该区域进行深入的抗震分析并采取合理的抗震措施.     

基于真实骨料形状库的混凝土细观数值模型

针对混凝土细观数值模型生成的骨料形状与真实骨料形状不一致及难以进行凹凸型骨料的侵入判断等问题,提出了一种基于真实骨料形状库的骨料数值生成方法。采用双判据准则直接对凹凸型骨料进行侵入判断,并提出一种两阶段细观有限元方法对混凝土试件进行网格剖分;采用VC++开发的混凝土力学性能细观数值模拟前处理软件对该方法进行了验证。结果表明:这种改进的骨料数值生成方法使细观数值模型更加接近实际混凝土试件,消除了外包络辅助几何体增加骨料占用面积对骨料填充率的影响,同时能够尽可能地用矩形单元对混凝土细观数值模型中的各相材料分别进行网格剖分。     

地表建筑对地下车站结构地震响应的影响

由于在地震中邻近地表建筑对地基周围场地的扰动,必然会对周围的地下结构动力响应产生影响。本文构建了地表建筑-土-地下车站结构共同作用计算模型。在该计算模型中引入了土体的非线性本构模型,同时考虑了结构与土的接触面特性和地基无限域的影响,对该体系进行了地震反应的时域分析。计算结果表明：由于地表邻近建筑物的存在,地下结构的位移、内力等地震响应均有较大的增加。同时也研究了地表建筑的自振周期和相对距离等因素的变化对地下结构动力响应的影响,得到了一些规律性的结论,为工程设计提供有益参考。     

混凝土大坝的抗震安全评价

本文论证了混凝土大坝重点是高拱坝的抗震安全评价的实践与发展现状。现有的评价准则主要依据混凝土的强度，特别是抗拉强度来判断大坝的安全性。大坝的应力计算则以弹性动力分析为基础。各国规范关于地震设防水平和大坝的容许拉应力数值有很大差别，表明认识上的不一致。事实上，由于各坝坝高、坝型、地形、地质条件不同，地震时坝身中某一部分产生的最大拉应力不足以全面反映大坝的抗震安全性。混凝土的动态强度是大坝抗震安全评价中的一个薄弱环节。大坝抗震设计中目前只依据Raphael进行的局部加载速率的试验结果选取混凝土的动强度。实际上，地震作用下，不同的坝不同部位的应变速率是不相同的，而且混凝土的动强度还和应变历史、初始静抗压强度、含水量以及尺寸效应等许多因素有关，有待作深入研究。在以上分析基础上，文中建议了混凝土大坝抗震安全评价的合理方法以及进一步的研究方向。