混凝土靜動(dòng)彈塑性損傷模型及在大壩分析中的應(yīng)用.pdf

1、本文針對(duì)混凝土損傷敏感性和率相關(guān)的動(dòng)態(tài)特性，建立了考慮多軸損傷破壞的混凝土各向異性彈塑性損傷模型和能量基率相關(guān)動(dòng)力損傷模型，并將建立的模型應(yīng)用于200m 級(jí)重力壩和 300m 級(jí)高拱壩靜、動(dòng)損傷響應(yīng)分析和抗震安全評(píng)價(jià)。為反映混凝土損傷的單向效應(yīng)特性和揭示其相應(yīng)的拉、壓破壞機(jī)理，對(duì)損傷進(jìn)行了拉、壓分離；對(duì)三個(gè)主方向按拉、壓狀態(tài)用三個(gè)不同的損傷破壞函數(shù)來表征其破壞準(zhǔn)則，準(zhǔn)則中反映了損傷量對(duì)混凝土拉、壓強(qiáng)度和剛度的劣化作用。利用能量等效原理推

2、導(dǎo)得到率相關(guān)動(dòng)力損傷模型，模型可較全面地反映應(yīng)變率對(duì)損傷演化的影響。應(yīng)用于混凝土大壩的靜、動(dòng)損傷響應(yīng)分析，得到的結(jié)果可解釋大壩損傷模式和動(dòng)力作用下的漸進(jìn)破壞趨勢(shì)或潛在破壞模式。結(jié)果表明，所建立的混凝土損傷模型可有效地進(jìn)行高壩抗震安全評(píng)價(jià)。本文主要研究工作如下： 一方面，建立了不僅可描述多軸受壓損傷破壞、而且還可考慮多軸拉伸損傷破壞的多軸損傷破壞準(zhǔn)則，考慮損傷的各向異性特點(diǎn)，進(jìn)一步建立了各向異性彈塑性損傷模型。該模型用于混凝土結(jié)構(gòu)

3、破壞分析可有效判斷混凝土的拉伸和壓縮破壞，而對(duì)實(shí)際大壩而言，由于采用了較高的抗壓安全系數(shù)，建立拉伸破壞準(zhǔn)則的工作將更有意義，因?yàn)檫@對(duì)混凝土大壩的安全更為不利。 由于單軸損傷演化方程難以準(zhǔn)確度量多軸應(yīng)力狀態(tài)下的損傷程度，本文引入了多軸破壞準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)的破壞面，建立了反映當(dāng)前應(yīng)力狀態(tài)的三軸影響因子，基于符合混凝土實(shí)際變形和破壞特點(diǎn)的單軸損傷演化方程，建立了混凝土多軸損傷演化方程，從而解決了多軸情況下的損傷度量問題。進(jìn)而將所得到的損傷主量

4、應(yīng)用于多軸彈塑性損傷破壞準(zhǔn)則中的對(duì)應(yīng)方向，以分別反映對(duì)拉、壓強(qiáng)度和剛度劣化的影響。 另一方面，針對(duì)混凝土動(dòng)態(tài)特性對(duì)損傷的影響，基于能量等效原理推導(dǎo)得到了動(dòng)力損傷模型，該模型較全面地反映了應(yīng)變率在損傷演化中的影響，包含了軟化階段和硬化階段有損傷演化的情況；同時(shí)對(duì)李慶斌根據(jù)不同應(yīng)變率下混凝土動(dòng)、靜應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)€具有幾何相似特點(diǎn)推導(dǎo)得到的動(dòng)力損傷模型做了討論。對(duì)這兩種動(dòng)力損傷模型應(yīng)用于混凝土大壩的靜、動(dòng)損傷響應(yīng)分析并進(jìn)行了量化比較。

5、應(yīng)用于Koyna壩的靜、動(dòng)損傷響應(yīng)分析結(jié)果和大壩的實(shí)際震害情況比較相符；研究發(fā)現(xiàn)，在地震作用過程中利用損傷指標(biāo)判定結(jié)構(gòu)的損傷破壞要比用應(yīng)力指標(biāo)清晰和明顯，因?yàn)閼?yīng)力指標(biāo)隨地震作用會(huì)有波動(dòng)，而用損傷作為內(nèi)變量累積則能體現(xiàn)大壩抗震薄弱部位的損傷發(fā)展和漸進(jìn)破壞進(jìn)程。進(jìn)一步比較了率無關(guān)、率相關(guān)損傷模型對(duì)大壩地震損傷響應(yīng)的影響。然后，分析了高重力壩和高拱壩的地震損傷響應(yīng)，得到大壩的損傷分布和隨地震作用的發(fā)展情況，其中損傷發(fā)展體現(xiàn)了抗震薄弱部位的損傷