混凝土拱坝温度裂缝及其扩展稳定性分析

在朱伯芳院士所提出的拱坝温度荷载计算方法基础上，提出了按混凝土损伤和断裂理论进行混凝土拱坝的温度裂缝及其扩展稳定性的有限元方法和新的蓄水期温度荷载计算方法，认为温度损伤是产生温度裂缝的内在原因，通过坝体损伤和断裂的耦合计算，判断坝体裂缝的产生及裂缝的扩展稳定性，在损伤计算中考虑了拉，压损伤的等效性，并引入了等价换算系数；同时，在裂缝扩展稳定性判断时，采用了考虑混凝土断裂韧度尺寸效应的断裂判据。     

混凝土坝的温度损伤及损伤仿真计算

通过对混凝土破坏的温度损伤机理分析和试验研究，建立了混凝土温度损伤模型，给出了随温度变化的损伤演变方程，分析了混凝土温度荷载下损伤的累积规律，试验结果与理论计算结果规律比较吻合，验证了模型的正确性，并给出了混凝土坝温度损伤的仿真计算方法。     

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。     

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。     

混凝土坝极端暴雨作用响应研究

近年来,各地极端天气频发,导致水库水位暴涨,水库水温变化,而水库水温的变化会产生温度应力,水位导致坝体水压增大.通过应力仿真手段对极端天气情况下的大坝受力进行计算,分析其温度场和应力场,并将其与正常情况下坝体受力进行对比分析.结果表明,坝体暴雨之后,混凝土坝体压应力和拉应力均增大,但不超出坝体混凝土材料的允许值,该结果可为极端天气下水库的运行和调度提供理论依据.     

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。     

高地温喷射混凝土宏细观损伤特征试验分析

高地温是中国深部地下工程开发中普遍存在的现象之一,高地温喷射混凝土的损伤问题已成为中外研究的热点与难点问题。在现有研究成果的基础上,通过喷射混凝土试件单轴压缩、巴西劈裂、超声波测试以及CT扫描试验,采用波速定义相对损伤量,采用抗压强度、拉压比、孔隙比作为喷射混凝土损伤的宏细观表征参数,分析不同围岩温度条件下喷射混凝土的抗压强度、拉压比、孔隙比、相对损伤量的演化规律。结果表明：喷射混凝土的拉压强度均随着温度的升高逐渐弱化,抗压强度对温度的变化更加敏感;波速与温度呈现线性负相关,而相对损伤变量与温度呈现非线性正相关;温度升高导致喷射混凝土内部孔隙分布密集化,空隙之间贯通,形成初始缺陷,引发温度损伤加剧。研究结果为中国高地温环境下隧洞安全施工与运营提供理论依据。     

坝体混凝土损伤-断裂模型

提出的损伤断裂耦合模型，是将混凝土坝体视为一个损伤场，并以此为背景进行坝体损伤断裂耦合分析．所编制的有限元程序可以计算混凝土坝在荷载、温变等因素作用下的损伤情况、开裂部位、裂缝深度及扩展形态、有损伤和有缝情况下的工作性态等．这一模型为分析混凝土坝的开裂和防裂问题提供了一个符合破坏机理的有效方法     

高碾压混凝土坝温度应力研究

根据碾压混凝土坝薄层浇筑、快速施工的特点，用三维有限元浮动网格法计算程序，对高碾压混凝土坝温度场和温度应力进行了仿真计算；揭示了不同横缝间距的坝体施工期温度场、温度应力和坝体最大温降应力的变化规律。该项研究对碾压混凝土坝设计具有参考价值。     

含灌浆横缝碾压混凝土拱坝仿真应力和双轴强度判别

由于施工过程逐层浇注混凝土，自重和温度荷载同时加载，都存在徐变效应。作者提 供了累计温度和自重的徐变应力计算方法和程序，结合碾压混凝土（ＲＣＣ）拱坝工程提供了施工 期仿真应力特点。用简化弹性应力计算施工末期坝体温度下降到运行期坝体稳定变温场受河 床及两岸基础和自身相对变形的约束应力，并和水压应力叠加取得运行期碾压混凝土拱坝仿 真应力，施工期和运行期仿真应力形成最终组合应力。文中提供的混凝土双轴强度判别为应用 仿真应力进行设计提供了条件，仿真计算为碾压混凝土拱坝设计和工程实践提供了可靠依据。     

混凝土随机损伤本构关系研究新进展

提出了一类混凝土细观损伤物理模型，用于解释高性能混凝土在本构层次上的细观损伤演化特征，建立了混凝土单轴受拉，单轴受压与双轴拉压组合条件下的随机损伤本构关系模型。利用混凝土单轴受拉破坏全过程的声发射实验数据，引入随机建模理论，确立了细观损伤单元的极限破坏应变随机场分布参数，通过与一批高性能混凝土本构关系试验数据相比较，初步证实了采用随机损伤本构关系反映混凝土受力破坏机理的可行性。     

非均质混凝土损伤规律的数值模拟研究

应用ANSYS中的参数语言建立混凝土随机骨料结构模型,并对该模型在单轴受拉、单轴受压及双轴拉压组合下的加载过程进行较详细的数值模拟,分析加载过程中变形场应力应变变化情况,进一步揭示了混凝土的损伤机理并证明了模型用于模拟混凝土试验的合理性。     

应变空间表述的混凝土疲劳塑性/损伤双面本构模型

考虑到混凝土具有塑性和脆性相结合的复杂性质,运用损伤和塑性理论在应变空间分别建立了一个能描述混凝土应变和刚度变化的损伤面和塑性面,应用有效应力和弹塑性耦合的概念分析了混凝土的本构特征．计算结果表明,该模型能较好地描述混凝土在单轴及多轴单调加载和疲劳加载下的性质．     

钢筋混凝土中爆炸破坏效应数值模拟分析

根据钢筋混凝土介质在内部爆炸载荷作用下毁伤破坏特性,利用LS-DYNA程序流固耦合算法,使用能够反映拉伸破坏的Tayler-Chen-Kuszmanul(TCK)和反映压缩破坏的Holmqust-Johnson-Cook(HJC)材料模型,通过建立分离式钢筋混凝土有限元模型,进行了钢筋混凝土在内部爆炸载荷作用下毁伤破坏效应的数值计算分析. 数值模拟能够很好地模拟钢筋混凝土内部爆炸时中心爆炸空腔压缩面和自由面的拉伸层裂破坏及漏斗坑形成过程,且与试验结果和理论计算吻合较好. 同时,由于钢筋的增强和止裂作用,钢筋混凝土中爆炸漏斗坑成阶梯型,且其破坏范围远小于混凝土介质.     

混凝土塑性损伤模型参数的研究

基于相关的试验研究成果,提出了一种确定混凝土塑性损伤模型(KC模型)强度参数取值的方法.针对KC模型损伤参数取值依赖于单元尺寸的问题,以我国混凝土规范为基准,阐述了损伤参数值的调整方法,使得数值计算结果更加合理.利用ANSYS/LSDYNA模拟混凝土常规三轴压缩试验,KC模型分别采用本文确定和程序自动生成的强度参数值,并将计算结果与国内外试验结果比较,研究表明:采用本文提出的方法确定KC模型强度参数值比较合理.     

双轴拉压应力下混凝土的强度和应力应变全曲线的试验研究

应用自制的真三轴拉压刚性试验机，结合高拱坝水工混凝土的受力特点，采用立方体试件进行双轴拉压受力试验。根据试验结果，分析了试件的破坏形态、应力应变全曲线和拉压强度，并给出相应的全曲线方程和强度计算公式。     

混凝土拉伸损伤演变的细观力学研究

根据能量耗散等价假设对二维平面应力问题，建立了单轴拉伸与双轴拉伸情况下混凝土宏观损伤变量与细观损伤参数(微裂纹密度)的关系．在双轴拉伸情况下，材料破坏时微裂纹密度为一定值，与σ1和σ2的变化无关；但破坏时的宏观损伤值随横向拉应力的增大而增大。     

混凝土单轴荷载下细观损伤破坏的数值模拟

假设混凝土是由砂浆基质、骨料及它们之间的界面组成的三相复合材料,混凝土的细观力学性质服从Weibull分布,应用细观力学损伤模型研究了混凝土的宏观力学性质,并且通过编制有限元程序对混凝土试件在单向拉伸和压缩情况下的破坏过程进行了数值试验．模拟结果表明,该模型可以用来研究单轴荷载作用下混凝土结构的破坏机理和多种尺寸试样尺寸效应律．     

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。