辽宁葠窝水库混凝土重力坝闸墩裂缝成因力学分析

摘要

大体积混凝土结构是水利工程的重要结构形式，然而，由于混凝土材料耐压不耐拉、浇筑后产生大量热量等特点，致使结构容易产生破坏性裂缝。目前为止，对于大体积混凝土裂缝成因研究较多，但是对不同裂缝成因产生的宏观裂缝形态研究较少，这样不能针对具体裂缝成因采取加固措施。因此，开展不同裂缝成因下的裂缝宏观形态研究迫在眉睫。
　　扩展有限元法在分析混凝土裂缝问题时存在诸多优点，本文采用扩展有限元法对葠窝混凝土重力坝闸墩裂缝产生原因进行分析，探讨了温度应力、混凝土干缩应力、闸门集中应力等情况下闸墩产生的裂缝，并与现场实际情况进行了对比分析。主要得到以下几方面结论：
　　(1)对辽宁葠窝混凝土重力坝裂缝的形态、分布位置以及数量进行分析，得出由拉应力引起的锯齿状的竖直裂缝居多，主要分布在闸墩的中间部位的结论。通过分析闸墩所受到的施工期温度荷载和运行期温度荷载及静水压力，并结合水工观测资料，得出闸墩裂缝主要是由温度应力、混凝土干缩、闸门传递的静水压力造成的结论。
　　(2)基于有限元法，建立了混凝土分层浇筑模型，并采用顺序耦合应力分析，对分层浇筑完成后的闸墩混凝土进行模拟，计算出各层混凝土温度场随着龄期增长的变化。结果表明混凝土浇筑后，内部温度变化快于外部温度；混凝土施工过程对温度场的分析有一定影响。
　　(3)以辽宁葠窝混凝土重力坝闸墩为工程背景，基于扩展有限元法建立了混凝土裂缝数值模拟途径，采用大型非线性扩展有限元法对重力坝裂缝的产生过程进行数值分析。通过与实际裂缝对比分析，得出不同位置处较长竖向裂缝是由温度、混凝土干缩以及库水压力造成，而较短的竖向裂缝是由温度产生，水平裂缝可能是由温度和混凝土干缩造成的认识。

目录

辽宁葠窝水库混凝土重力坝闸墩裂缝成因力学分析

MECHANICS CAUSE ANALYSIS FOR SLUICEPIER CRACK OF LIAONING SHENWOCONCRETE GRAVITY DAM

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 混凝土断裂分析数值方法国内外研究现状及分析

1.2.1 有限元分析法

1.2.2 无单元分析法

1.2.3 其它方法

1.3 扩展有限元法国内外研究现状

1.3.1 国外扩展有限元法研究现状

1.3.2 国内扩展有限元法研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2 章 混凝土重力坝闸墩裂缝成因力学分析

2.1 引言

2.2 裂缝形态分析

2.3 闸墩荷载分析

2.3.1 施工温度荷载

2.3.2 运行期温度荷载与静水压力荷载

2.4 裂缝成因分析

2.5 本章小结

第3 章 混凝土重力坝闸墩施工温度场数值模拟分析

3.1 引言

3.2 热学基本原理

3.2.1 热传导方程

3.2.2 初始条件与边界条件

3.3 闸墩施工温度场数值模拟

3.3.1 闸墩温度场模拟过程介绍

3.3.2 几何模型建立与材料参数选取

3.3.3 模型分析设置

3.3.4 模型温度荷载施加

3.3.5 闸墩温度场模拟结果分析

3.4 本章小结

第4 章 混凝土重力坝闸墩裂缝三维扩展有限元法数值模拟分析

4.1 引言

4.2 扩展有限元法基本原理

4.2.1 单位分解方法

4.2.2 节点扩展函数

4.3 裂缝产生及分离

4.3.1 线弹性牵引分离行为

4.3.2 损伤模型

4.4 坝体混凝土材性试验

4.4.1 现场混凝土强度检测现场试验

4.4.2 混凝土材性室内试验

4.5 坝体闸墩裂缝数值建模

4.5.1 闸墩裂缝分析模型建立

4.5.2 材料本构关系选取与裂缝扩展区域设置

4.5.3 闸墩裂缝分析模型加载方案

4.5.4 闸墩裂缝模拟结果分析

4.6 实际裂缝与模拟裂缝对比分析

4.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

学位论文使用授权说明

致 谢