混凝土重力坝非线性地震响应及抗震加固设计研究

摘要

由于自然环境条件的限制，许多混凝土重力坝都建在地质条件复杂且地震多发的高烈度地区，因坝高库大，一旦遭到破坏，带来的损失是难以估计的。因此，对影响强震区混凝土重力坝的主要关键因素，如混凝土材料的非线性效应、材料的率效应、边界辐射阻尼等，以及考虑钢筋加固措施的研究和精细模拟，对于正确预测重力坝的地震响应，评估坝体抗震加固方案的优劣，不仅在理论上具有重要的学术意义，同时还具有重要的工程应用价值。 论文主要研究内容如下： 1.基于Lee和Fenves的混凝土模型，将应变速率作为内变量的形式，在模型中引入应变速率，即屈服面将随应变速率的变化而改变其形状和大小，提出了考虑应变速率和刚度退化的混凝土塑性损伤模型，并运用该动本构模型对金安桥水电站碾压混凝土重力坝(厂房坝段)进行了三维非线性地震响应分析。 2.给出了粘弹性边界及粘弹性边界单元有关参数的详细推导过程，编制了相应的有关程序，并在ABAQUS上二次开发，将之耦合进通用程序。通过算例比较了结构在粘弹性边界、粘性边界、固定边界条件下的动力响应，验证了粘弹性边界的精度。并将之应用于金安桥整体大坝的地震响应分析，对坝体一水体一地基结构系统在粘弹性边界和固定边界条件下的地震响应进行比较分析，为充分认识地基辐射阻尼对金安桥重力坝系统的地震响应影响提供了依据。 3.采用应变协调和强度等效假设，在复合材料细观力学和混凝土塑性损伤理论的基础上得出了单向分布钢筋情况下钢筋混凝土材料的等效模量和等效强度公式，建立了整体式钢筋混凝土动力本构模型，并分别利用整体式和分离式钢筋混凝土动力本构模型对Koyna坝进行抗震配筋加固，通过算例验证了整体式钢筋混凝土动力本构模型在满足计算精度的前提下可以简化模拟计算方法和提高计算效率。 4.考虑应变速率和粘弹性边界，运用整体式钢筋混凝土动力本构模型对金安桥重力坝厂房坝段进行抗震加固研究，证明在地震作用下配筋能够减小坝体受拉损伤区的范围。通过不同配筋量的分析比较，得到了该厂房坝段在地震作用下的最优配筋方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外现状

1.3论文研究的主要内容

第二章率相关的混凝土塑性损伤模型及应用

2.1混凝土损伤力学基础

2.1.1混凝土基本特性

2.1.2现有用于模拟混凝土材料力学性能的基本理论

2.1.3损伤力学的重要概念

2.2考虑应变速率影响的混凝土弹塑性损伤模型

2.2.1混凝土动态特性

2.2.2混凝土塑性损伤模型的建立

2.3算例分析

2.3.1工程概况

2.3.2三维有限元模型及有关参数

2.3.3计算结果分析

2.4本章小结

第三章粘弹性边界对坝体地震响应的影响

3.1粘弹性边界及粘弹性边界单元

3.2算例分析

3.3粘弹性边界应用实例

3.4本章小结

第四章整体式钢筋混凝土动力本构模型

4.1整体式钢筋混凝土动力本构模型的建立

4.1.1复合材料细观力学理论

4.1.2整体式模型的建立

4.2分离式钢筋混凝土动力本构模型简介

4.2.1 Embed方法

4.2.2分离式模型的建立

4.3 Koyna坝算例分析

4.4本章小结

第五章坝体抗震加固措施研究

5.1抗震配筋计算

5.2优化配筋方案

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间完成的科研项目

致谢