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混凝土重力坝动力响应分析及抗震措施研究

作　者: 张甫杰
导　师: 陈健云
学　校: 大连理工大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 坝踵诱导缝优化损伤塑性模型拉应力损伤因子断裂能抗震措施
分类号: TV312
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 418次
引　用: 4次
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内容摘要

随着我国水利水电事业的发展和筑坝技术的迅速提高,在水力资源丰富的西部地区正在设计修建高碾压混凝土重力坝,而这些地区正是高烈度地震频发地区,有的设防地震烈度甚至达到了Ⅸ度。在这种高烈度地震作用下,碾压混凝土重力坝的抗震安全直接关系到下游广大地区工农业生产和人民生命财产的安全,具有特别重大的现实意义。因此,本文采用有限元动力分析方法,对龙开口碾压混凝土重力坝的动力特性及其抗震安全性进行了研究和探讨,最后确定了大坝的抗震薄弱部位,并提出合理的工程抗震措施,为大坝的设计提供保证。主要做了以下几方面的工作:(1)已有研究表明,对混凝土坝抗震采用线弹性分析得到的最大拉应力远大于混凝土的抗拉强度,在强震作用下,坝体将不可避免地产生开裂。主要研究了龙开口非溢流坝段采用混凝土损伤塑性模型在自重、静水压力以及地震荷载作用下的动力特性、拉伸损伤分布、塑性应变分布、等效塑性应变分布、破坏路径、动力放大倍数以及耗散能。并在此基础上探讨了典型地震波、阻尼比及设计水平加速度对坝体安全可靠度的敏感性影响。(2)由于重力坝在坝踵处拉应力很大,常超出了混凝土的抗拉强度极限,因而在坝踵位置很容易产生裂缝,进而影响坝体的稳定。根据小湾拱坝计算所得的“坝基裂隙的存在对坝踵应力集中起到松弛释放的作用”这一结论,以改善坝踵处应力分布状态为目的,设想在坝体上游基岩上设置一条垂直诱导缝,在此基础上研究地震作用下诱导缝的设置对于坝体应力的影响以及通过优化分析求出其最优解。(3)在详细分析坝体开裂现象的基础上,研究了重力坝的动态开裂机理、钢筋混凝土的断裂能以及预应力锚索的数值模拟。针对此现象提出了工程抗震措施,主要包括坝体配筋和预应力锚固两种措施,并给出加固前后的拉应力损伤因子对比分析,以验证加固措施的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-19
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 重力坝坝体应力分析  11-12
  1.3 重力坝抗震与地震破坏研究  12-16
    1.3.1 重力坝抗震研究方法  12-14
    1.3.2 重力坝地震破坏研究  14-16
  1.4 现阶段存在的问题  16-18
    1.4.1 抗震设防标准与地震动输入模式  16-17
    1.4.2 混凝土材料的动态特性  17
    1.4.3 坝与无限地基动力相互作用的研究  17-18
  1.5 本论文主要完成的工作  18-19
2 动力分析的基本理论  19-30
  2.1 单自由度体系的振动方程  19-20
  2.2 多自由度体系的振动方程  20-21
  2.3 有限元基本思想  21-22
  2.4 地震响应时程分析法  22-25
  2.5 工程实例应用  25-29
    2.5.1 工程概况  25-26
    2.5.2 荷载组合及基本参数  26-29
  2.6 本章小结  29-30
3 混凝土重力坝的非线性地震响应分析  30-50
  3.1 混凝土损伤塑性模型简介  30-34
    3.1.1 本构关系  30-31
    3.1.2 力学行为  31-32
    3.1.3 拉伸软化  32-34
  3.2 计算相关参数  34-37
    3.2.1 材料参数  34-36
    3.2.2 阻尼  36
    3.2.3 加载和计算过程控制  36-37
  3.3 不考虑地基下结果分析  37-42
    3.3.1 坝顶相对位移分析  37-38
    3.3.2 坝体拉伸损伤分析  38-39
    3.3.3 坝体塑性应变及耗散能分析  39-41
    3.3.4 坝体加速度分布分析  41-42
  3.4 考虑地基下结果分析  42-44
  3.5 敏感性分析  44-49
    3.5.1 多波验算分析  45-48
    3.5.2 阻尼比的影响分析  48
    3.5.3 设计水平加速度的影响分析  48-49
  3.6 本章小结  49-50
4 重力坝坝踵区诱导缝的效果与优化设置  50-63
  4.1 引言  50-51
  4.2 优化分析基本理论  51-55
    4.2.1 优化设计的基本概念  51-54
    4.2.2 优化设计的步骤  54-55
  4.3 计算前提条件  55-57
    4.3.1 计算考虑的因素  56
    4.3.2 分析范围  56-57
  4.4 结果分析  57-58
    4.4.1 缝踵距对坝踵应力的影响  57-58
    4.4.2 缝深对坝踵应力的影响  58
    4.4.3 实际工程中缝踵距和缝深的确定  58
  4.5 优化分析  58-60
    4.5.1 优化数学模型  58-59
    4.5.2 目标函数的可靠性  59-60
  4.6 最优结果分析  60-62
    4.6.1 静力优化结果  60-61
    4.6.2 动力优化结果  61-62
  4.7 本章小结  62-63
5 重力坝抗震措施研究  63-77
  5.1 引言  63-65
    5.1.1 钢筋混凝土的断裂能  63-65
    5.1.2 预应力锚索的数值模拟  65
  5.2 算例分析  65-66
  5.3 坝体配筋分析  66-72
    5.3.1 坝体线弹性和塑性损伤反应分析  66-69
    5.3.2 配筋后塑性损伤分析  69-72
  5.4 坝头锚固分析  72-76
    5.4.1 锚固段长度计算  72-74
    5.4.2 结果分析  74-76
  5.5 本章小结  76-77
结论  77-79
参考文献  79-83
附录A 国内外已遭受过强震作用的混凝土坝  83-85
附录B 国内主要大坝加固预应力锚固技术参数  85-86
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  86-87
致谢  87-88

混凝土重力坝动力响应分析及抗震措施研究

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