裂缝对混凝土重力坝动力特性及动力承载力影响的研究

发布时间：2017-05-29 22:02

  本文关键词：裂缝对混凝土重力坝动力特性及动力承载力影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在实际工程中,无论采取怎样的裂缝预防控制措施,混凝土重力坝依然会带裂缝运行,因此裂缝对坝体动力特性和承载力的影响成为重力坝建设必须要考虑的问题。裂缝属于损伤的范畴,本文主要从损伤分析着手,重点研究重力坝损伤与坝体动力特性及承载力的关系。目前,线弹性分析的大坝动力特性及承载力体系较为成熟,而针对地震高发区混凝土重力坝损伤情况下的动力特性和承载力分析还处于探索阶段,相关研究还比较少。本文基于大型有限元软件ABAQUS对大坝进行动力损伤分析,找出大坝的破坏范围并计算破坏区域的区域损伤程度,然后赋予破坏区域新的材料性质,求解大坝地震前、后自振特性的变化,进而对比得出损伤对坝体自振特性的影响。接着利用混凝土损伤塑性本构模型,通过简谐波激励,计算得出混凝土重力坝共振破坏形态与对应的极限塑性应变能,根据损伤状态能够确定重力坝地震反应主要按第一振型振动,根据塑性耗能能够确定该坝的损伤程度。本文用塑性应变能来表示剩余承载力,分析出损伤程度与剩余承载力的关系。本文还分别研究了不同阶频率及振型与大坝损伤的关系。文中以Koyna重力坝为例,通过分析可以得出以下结论:1)通过不同幅值地震波的加载,观察出各阶频率对损伤的敏感度。重力坝的前两阶振动频率受损伤的影响比较大;对于低阶频率,地震加速度幅值越大,损伤越严重,重力坝损伤前后的频率改变也越大;而对于高阶的频率,重力坝损伤前后的频率大小改变已不太明显。2)从损伤的分析过程可以看出,地震持时对重力坝的损伤影响非常大,同一地震波加载过程中,损伤不断由外向内扩展,直至完全破坏。3)不同频率引起的共振破坏形态不同。荷载按第1阶频率共振对应的极限荷载幅值最小,同时坝体耗散的塑性应变能最大;重力坝的损伤是由第1阶自振频率附近的波引起的,第2、3阶等更高阶的频率的波引起坝体损伤需要更大的波幅,目前已知的加速度幅值尚无法使第4阶频率产生共振。4)重力坝损伤后第1阶振型的位移变化量及振型应变能改变量可以描述损伤的状态。5)重力坝在损伤后获得一定的抗损伤能力,这种能力在损伤不大的情况下非常明显;先后加载波的顺序不同,其剩余承载力也不一样。大坝初始损伤越大,则塑性应变能越大,重力坝的剩余动力承载力就越小,当大坝达到临界破坏时,剩余承载力为0。6)重力坝在两阶不同外激励频率同时作用下,其产生的塑性应变能也远大于两阶频率单独作用时各自产生的塑性应变能之和,对于不同频率的加速度幅值的叠加,产生的损伤裂缝并不等于它们各自损伤的叠加之和。本文论述了大坝的自振特性受损伤裂缝影响的特点,并且找出剩余承载力与大坝损伤裂缝对应的关系,探讨了该方法用于实际工程中的适用性,为大坝的损伤动力分析提供一些有价值的参考。
【关键词】：重力坝 动力特性 损伤裂缝 承载能力 ABAQUS
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV312;TV642.3
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 工程背景9-10
• 1.2 混凝土重力坝裂缝的研究10-13
• 1.2.1 重力坝裂缝分类10-11
• 1.2.2 混凝土重力坝产生裂缝的原因11-12
• 1.2.3 裂缝模型12-13
• 1.3 混凝土重力坝的振型及频率研究13-14
• 1.4 混凝土重力坝的承载力研究14-16
• 1.4.1 裂缝的分析方法14-15
• 1.4.2 混凝土坝抗震分析研究动态15-16
• 1.4.3 混凝土坝裂缝对承载力的影响16
• 1.5 本文的研究工作16-19
• 1.5.1 研究内容16-17
• 1.5.2 研究方法17
• 1.5.3 技术路线17-19
• 第二章 动力有限元分析理论与方法19-29
• 2.1 运动方程的建立19-22
• 2.2 运动方程的求解22-24
• 2.3 非线性有限元基本理论与方法24-27
• 2.3.1 弹塑性理论24
• 2.3.2 屈服准则24-26
• 2.3.3 弹塑性分析的基本方程26-27
• 2.3.4 弹塑性损伤本构模型[49]27
• 2.4 本章小结27-29
• 第三章 震损重力坝的动力特性分析29-58
• 3.1 影响重力坝动力特性的因素及控制方法29
• 3.2 结构自振频率计算基本理论29-33
• 3.2.1 结构自振频率计算基本理论30
• 3.2.2 带裂缝结构的自振频率推导30-33
• 3.2.3 分析与讨论33
• 3.3 重力坝的损伤与动力特性的对应关系33-54
• 3.3.1 Koyna大坝的简介33-34
• 3.3.2 材料参数34-35
• 3.3.3 作用荷载35-36
• 3.3.4 分析计算及结果36-40
• 3.3.5 损伤对各阶频率影响大小的分析40-42
• 3.3.6 损伤对各阶振型影响的分析42-54
• 3.4 坝踵的开裂对结构自振特性的影响54-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第四章 重力坝损伤对承载力的影响58-76
• 4.1 重力坝的能量平衡方程58-59
• 4.2 大坝动力损伤与塑性应变能59-63
• 4.3 基于塑性应变能的剩余承载力分析63-72
• 4.3.1 初始损伤与塑性应变能的关系63-68
• 4.3.2 损伤后二次加载地震波对剩余承载力的影响68-72
• 4.4 不同阶频率叠加对大坝损伤状态的影响72-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第五章 总结与展望76-78
• 5.1 总结76
• 5.2 展望76-78
• 参考文献78-81

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 陈显;;大体积混凝土裂缝成因分析及其防治措施简介[A];福建省第十一届水利水电青年学术交流会论文集[C];2007年

  本文关键词：裂缝对混凝土重力坝动力特性及动力承载力影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：405748