混凝土重力坝地震损伤数值模拟

为了模拟混凝土重力坝在地震作用下的损伤演变过程,采用混凝土塑性损伤本构理论,考虑应变速率变化以及混凝土材料损伤引起的刚度退化,利用有限元软件ABAQUS对某混凝土大坝进行了数值计算。分析结果表明:由于混凝土的抗拉强度远小于其抗压强度,在地震作用下坝体出现损伤破坏的主要部位也是在拉应力较大以及材料刚度变化区域,主要分布在坝体上部几何形状突变部位和坝体垂直施工缝。该结论对混凝土重力坝的抗震性能评估及抗震加固具有一定的参考价值和指导意义。     

基于破坏形态的重力坝地震易损性研究

大坝的地震风险分析是评价和改进大坝抗震安全度的有效工具.大坝的地震易损性是指大坝在给定地震荷载作用下发生各级损伤的条件概率,是地震风险研究（地震危险性分析、地震易损性分析、地震灾害损失评估）的3个主要组成部分之一.在考虑混凝土材料细观层次非均匀性影响的基础上,通过对碾压混凝土重力坝强震损伤破坏形态和过程的大量数值模拟,总结提炼了重力坝的典型震害形态,并据此提出了重力坝的五级震害等级划分标准.结合大坝设计地震超越概率,提出了大坝易损性分析方法,给出了金安桥重力坝挡水坝段的地震易损性曲线.研究结果可为混凝土重力坝的抗震设计和加固决策等提供参考.     

钢筋混凝土护面加固对重力坝地震反应影响

以钢筋混凝土护面加固的丰满重力坝为研究对象,采用基于ANSYS整体式钢筋混凝土有限元法,建立代表性溢流坝段三维模型分析大坝加固前后的静动力特性.结果表明:护面加固后坝顶最大静位移量减少约14%,地震载荷下最大动位移量减少约6%;加固后地震响应更趋向平缓,峰值响应的出现迟于加固前,对抗震是有利的,但坝体顶部正向地震响应会因护面加固后刚度和质量增加而增大;护面加固能够显著地改善坝体顶部和下游坝肩部位老混凝土的应力状态,但对坝体上游坝面和坝踵部位的应力状态基本没有影响.钢筋混凝土护面对坝体抗震能发挥一定作用,但应重视坝肩和坝顶增大的动力响应对护面抗震的不利影响.     

高混凝土重力坝整体抗震性能研究

建立了考虑实际地形、地质条件影响的整体重力坝有限元模型,分别以规范反应谱、场地反应谱为目标谱合成了设计地震、校核地震下共4条人工地震波,然后对该整体重力坝模型在4种工况下进行了时程动力分析,并对坝体关键部位的主应力按极限状态公式进行了强度验算,结果表明:在该设计、校核地震作用下,高混凝土重力坝整体抗震性能比单个坝段要强,坝踵垫层混凝土和上、下游折坡处材料抗拉强度均满足要求;坝趾的抗压强度也满足要求,并且具有较大的安全裕度;场地谱人工波的计算结果与规范谱人工波的结果很接近.     

基于功能的混凝土重力坝地震破坏评价模型

为了定量反映混凝土重力坝地震破坏程度,进行基于功能的重力坝抗震设计,建立了一种地震破坏评价模型。基于线弹性模型,分析了混凝土重力坝在地震作用下的需求能力比、超应力累积持时,并在弹塑性损伤力学的基础上分析了损伤区长度、位置及损伤因子,建立了重力坝地震破坏评价模型。通过印度K oyna重力坝典型地震破坏事例分析,模型计算的损伤指标(DM)值均大于0.6,属于严重损伤破坏,验证了该模型的合理性。因此,该模型可以定量评估重力坝震后的破坏状态。     

碾压混凝土断裂试验分析与静动态断裂韧度关系研究

碾压混凝土开裂破坏是一个＂损伤——开裂——裂缝扩展——断裂失稳＂动态演变过程,为摸清其损伤断裂理与规,本文完成了12根实际坝体材料碾压混凝土三点弯曲梁试验,分析了强度等级、缝高比对碾压混凝土断裂特性影响.以材料静态断裂试验为础,通过研究声发射信号参量与动态荷载下裂缝扩展关系,到了动静态断裂韧度转化关系.最后利用有限元对武都重力坝裂缝在地震作用下开裂破坏进行分析,为实际坝体混凝土裂缝安全评价提供科学依据.     

复杂高层钢-混凝土结构地震损伤时变特性研究

复杂高层结构抗震性能化设计尚未考虑服役期内材料性能劣化所引起的损伤的非线性演化过程.本文面向复杂高层钢-混凝土组合结构,考虑不同服役期内混凝土材料性能劣化所引起的局部构件和结构整体力学性能的变化,建立了组合结构地震损伤时变分析模型.针对结构刚度、阻尼等参数在服役期内具备"变量"的特征,同时在遭遇地震时又具有"常量"的特点,提出将此类参数作为"拟变量"处理,分析了结构的弹塑性动力响应;依据动力响应结果,分别基于层间位移的整体法和基于构件损伤的加权组合法建立了结构损伤时变模型,研究了复杂高层钢-混组合结构的抗震性能.结果表明:服役期内结构性能呈现显著的时变特性,多遇地震下结构损伤可能超出限值;刚度变化引起抗侧向作用力和地震作用传导能力的共同变化.对比分析了基于地震损伤时变模型和常规模型的结构参数设计值的差异,发现材料时变特性对结构抗震设计和评估的精确性具有较大影响.     

强震作用下高拱坝抗震安全分析

一大批高拱坝在我国西部强震区建设、运行,高拱坝抗震安全至关重要。本文采用混凝土四参数损伤模型,模拟高拱坝在强震作用下的抗震安全问题。通过超载地震加速度峰值,研究不同超载倍数下,高拱坝抗震安全性能。分析表明,在强震作用下,坝体靠近建基面及坝体中上部损伤值较大,且随着加载倍数增加,损伤值逐渐加大,分布区域亦相应增加,当超载地震加速度峰值倍数为2.0时,坝体已偏于不安全。研究给出了高拱坝坝面损伤分布情况,为高拱坝抗震安全评价提供一种新的思路。     

非溢流混凝土重力坝的抗震性能分析

采用平面有限元法,计算了六库水电站右岸非溢流重力坝在设计静力工况和设计地震工况下坝体的变形及应力分布情况,并进行了校核工况下的强度复核.通过分析坝体在设计工况下的工作性态和对坝体的抗震性能进行评估,验证了本重力坝设计方案的可行性和安全性.     

基于混凝土损伤理论的重力坝体型优化设计

重力坝体型优化设计一直以来都是一个重要的研究课题,在施工和运行过程中,长期在荷载作用下坝体不可避免的会产生损伤,使材料性能劣化,尤其是在应力集中较大的坝踵附近,因此在重力坝体型优化设计中应该考虑损伤的影响。在常规优化设计的基础上,基于混凝土指数函数损伤理论,考虑和限制坝踵的损伤的发展,采用有限元软件ANSYS自带的一阶优化法,全程编写分析文件和优化文件的ADPL语言对某重力坝进行体型优化设计,得出当将坝踵损伤控制在峰值损伤时,既可以控制损伤的进一步发展,保证坝体的安全,同时也可得到较为经济的剖面形态,该重力坝剖面形态比常规设计得到的结果更符合重力坝材料性能劣化后的工作性态,可为以后的坝工设计提供一定的参考。     

运用概率神经网络对混凝土拱坝进行损伤位置的识别

大型水利工程的灾难性事故多由大坝的微小裂缝发展而成,在运行期间对混凝土坝的裂缝进行监测十分重要.提出了基于振动测试数据用概率神经网络对混凝土拱坝进行损伤检测,并针对一混凝土拱坝进行损伤识别的数值模拟分析,结果表明基于振动测试数据利用概率神经网络识别混凝土拱坝的损伤位置是可行的.     

汶川地震中紫坪铺混凝土面板堆石坝震害分析

汶川地震中,紫坪铺混凝土面板堆石坝坝坡、面板和结构缝均出现一定程度的破坏,大坝发生了整体变形.根据这些震害现象,结合振动台模型试验和数值分析的成果,从坝坡破坏性态、坝顶加速度反应、面板应力与变形、大坝的地震变形和面板缝的破坏形式几方面讨论了面板堆石坝破坏机理和抗震性能.在此基础上,对面板堆石坝抗震设计的着力点和抗震措施提出了建议:在面板堆石坝抗震设计中,高面板堆石坝上部面板在地震中可能出现的高应力区是着重点之一;应该考虑坝体地震永久变形对面板附加应力的影响;应特别注意坝顶区堆石体的稳定,建议选择钉结护面板加固方案,从而提高地震时坝顶区堆石体的整体稳定性.     

考虑温度影响的大体积混凝土应力场分析方法

在大体积混凝土应力场计算中,混凝土的弹性模量和徐变变形都与温度有关,温度场应力场存在耦合现象.根据温度损伤和温度对徐变的影响,建立了考虑温度影响的混凝土弹性模量表达式和徐变应变计算的递推公式.应用粘弹性与损伤耦合和正交各向异性损伤理论,描述了混凝土在高应力水平下的非线性徐变特性和由于微裂缝扩展引起的刚度退化与应变软化,建立了考虑温度影响的大体积混凝土结构应力场分析的有限元表达式.将这一结果应用于沙牌拱坝应力场计算中,考虑温度影响后,发现坝体局部应力可能出现恶化,对开裂控制不利.     

不同横缝状态影响下混凝土重力坝抗爆性能研究

考虑混凝土重力坝横缝张开状态对大坝内冲击波传播的影响,基于FSI流固耦合数值分析方法模拟水下浅水爆炸冲击波的形成、传播及其与自由面、大坝结构之间的耦合相互作用过程,从混凝土重力坝的动态响应、渐进毁伤破坏过程及大坝损伤耗散能累积特性等方面,对比分析横缝状态对大坝综合抗爆性能的影响机制。结果表明,重力坝横缝张开范围对大坝抗爆性能有重要影响,且表现为加剧大坝动态响应、促进大坝混凝土毁伤破坏区域形成、增大坝体损伤耗能累积量的整体规律,明显削弱了大坝的抗爆性能。     

沙牌碾压混凝土拱坝损伤开裂分析

碾压混凝土拱坝的温度裂缝与一般混凝土坝的温度裂缝有本质区别。为了有效控制坝体开裂,要求分缝设计与应力场仿真分析密切结合。因此 进行了沙牌碾压混凝土拱坝三维非线性应力场的全过程仿真分析,在此基础上对拱坝在不同分缝情况下的损伤开裂行为进行了研究。计算中考虑了温度荷载、自重、静水压力、混凝土徐变和自生体积变形等情况。通过计算分析得出了沙牌碾压混凝土拱坝的开裂规律,为沙牌碾压混凝土拱坝的分缝设计提供了依据。     

不同尺寸混凝土试件受压状态下超声波传播特性研究

研究了不同尺寸混凝土试件在单轴压应力作用下,超声波波速的变化规律.试验所用试件有3种:采用大坝原级配最大骨料粒径为80 mm的棱柱体试件以及相应的湿筛混凝土试件,尺寸分别为25 cm×25 cm×50 cm、15 cm×15 cm×30 cm、10 cm×10 cm×20 cm.通过试验首先得到了加载过程中波速变化与应力水平的关系,然后基于超声波波速定义了损伤变量以评价加载过程中混凝土的损伤程度,并且根据试验提出了一种使用超声波法估测复杂应力下混凝土裂缝开展的方法.试验分析表明,混凝土内超声波衰减规律与骨料尺寸和数量以及试件尺寸等因素有关,所得结论对于评估大体积混凝土结构在复杂应力条件下损伤演变具有一定的应用价值.     

大体积混凝土结构的损伤仿真有限元方程

温度、自重、荷载和基础约束等因素都将导致混凝土材料产生损伤,即材料性能劣化,因而混凝土结构是一个随时间变化的损伤场。因此,对大体积混凝土结构的损伤仿真分析非常必要,该文推导了混凝土结构三维损伤有限元方程,为混凝土结构的三维损伤仿真有限元计算奠定了基础,计算结果更加符合实际。     

注浆压力动载荷作用下盖重非线性响应简化分析

为解决大坝混凝土盖重在注浆压力动载作用下产生抬动效应导致盖重破坏,从而影响大坝防渗等工程实际问题,建立了一种混凝土盖重在固结注浆压力动载荷作用下的非线性动力学响应简化分析模型.考虑到盖重下方基层在注浆压力动载荷作用下具有非线性、滞后性、变形累计、强度和刚度退化等特性,采用了Bouc-Wen退化迟滞模型,并对盖重下方土层与岩层分别采用了不同的刚度系数与阻尼系数,分析了混凝土盖重在注浆压力动载影响下非线性动态力学响应的滞后效应,得到了不同外载荷频率作用下,盖重抬动位移与变形速度的非线性响应曲线.实例分析结果表明,该模型可以较好地模拟各种工况下盖重注浆的非线性动力学响应问题,为动载作用下的盖重注浆抬动位移控制提供了一种参考方法.     

龙滩碾压混凝土重力坝应力和承载能力分析

针对龙滩碾压混凝土筑坝的特点,在设计研究中根据应变空间表述的弹塑性增量理论,考虑材料的软化塑性性质,用弹塑性有限元方法分析坝体的应力状态,采用稳定性理论和两种不同的材料强度储备方式,研究重力坝的承载能力．研究结果反映了因混凝土和岩石材料的损伤及软化导致重力坝系统失稳的物理机制．