不均匀锈蚀水闸闸墙受力性能随机有限元分析

摘要

水闸是水工建筑物中最基本的构件形式之一，在服役后期必然出现混凝土老化、钢筋锈蚀等结构损伤形态，其受力性能有别于完好构件。研究锈蚀水闸的受力行为、破坏特征及承载力计算方法，对确定带缺陷水闸结构的极限承载力具有初步的参考意义，对水闸的评价可提供一定的理论和试验依据，同时也可为补充水闸安全鉴定规程提供有意的参考价值。
　　本文结合黄河水利科学研究院基本科研业务费专项资金资助课题“带缺陷水闸结构构件极限承载能力评价方法初步研究”主要进行了以下研究工作：
　　首先从锈蚀钢筋混凝土的本构关系入手，探讨了混凝土与锈蚀钢筋的应力-应变关系，以及它们之间的粘结滑移关系，选取了适用于本文的模型参数，对均匀锈蚀水闸闸墙进行有限元模拟研究，分析在不同的混凝土强度和不同的钢筋锈蚀率时的锈蚀水闸闸墙的受力性能。
　　其次针对在实际工程中由于材质的不均匀性和环境因素的不同，钢筋发生的锈蚀具有不均匀性，在某一区段长度严重锈蚀，而其他部位只是轻微锈蚀或者是基本完好，由于钢筋的不均匀性，容易发生应力集中，承载力要小于均匀锈蚀构件。因此把有限元法和蒙特卡洛法相结合，形成随机有限元法，通过随机有限元方法对不均匀锈蚀水闸闸墙进行模拟分析。
　　最终把两种方法得到的数据和试验数据相比对，以验证采用随机有限元法比传统的有限元法分析锈蚀水闸闸墙受力性能更为准确。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 水闸建设情况

1.1.2 水闸失事后果

1.1.3 水闸评价准则

1.1.4 水闸安全鉴定

1.2 随机有限元法

1.2.1 随机有限元法的研究现状

1.2.2 蒙特卡罗法

1.3 本文的主要工作

第2章 钢筋混凝土有限元分析方法

2.1 有限元法概述

2.2 钢筋混凝土有限元分析方法的研究现状

2.3 ANSYS软件简介

2.4 钢筋混凝土有限元模型

2.5 钢筋混凝土结构单元模型

2.5.1 混凝土单元模型

2.5.2 钢筋单元模型

2.5.3 弹簧单元模型

2.5.4 混凝土单元、钢筋单元、弹簧单元的组合模型

2.6 锈蚀钢筋混凝土构件本构关系

2.6.1 混凝土应力-应变关系

2.6.2 锈蚀钢筋应力-应变关系

2.6.3 锈蚀钢筋和混凝土之间粘结滑移关系

第3章 均匀锈蚀水闸闸墙受力性能有限元分析

3.1 有限元建模过程

3.2 施加约束和荷载

3.3 计算收敛问题

3.4 计算结果与分析

3.4.1 模型变形情况

3.4.2 承载力分析

3.4.3 裂缝分析

3.5 有限元结果与试验结果对比分析

第4章 不均匀锈蚀水闸闸墙受力性能随机有限元分析

4.1 随机数的产生

4.2 确定性有限元模型的建立和求解

4.3 随机有限元结果分析

4.4 随机有限元、有限元和试验结果三者对比

第5章 结论与展望

5.1 论文总结

5.2 论文展望

攻读硕士学位期间参加的科研实践及发表的论文

致谢

参考文献