收藏本站
《大连理工大学》 2004年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

碾压混凝土拱坝温度应力与诱导缝开裂分析

刘海成  
【摘要】:碾压混凝土筑坝作为一种新型的筑坝技术,其优越性越来越明显,因此在水利工程中的应用越来越广泛,相应的规模也越来越大,随着沙牌拱坝(坝高132m)的建成,使得碾压混凝土拱坝跃上了百米以上的台阶。碾压混凝土拱坝的核心问题是温度应力问题,目前进行全过程多因素的仿真分析仍然面临着许多困难,这给工程师们提出了许多挑战性的课题。本文结合国家自然科学基金资助项目《碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度研究》(50179002),针对目前碾压混凝土拱坝温度应力仿真计算方面尚存在的主要问题,从碾压混凝土材料的本构模型、温度场和应力场仿真计算模型、仿真计算的计算量和精度、诱导缝损伤开裂准则等几个方面进行了如下研究工作: 1 碾压混凝土各向异性损伤本构模型 根据碾压混凝土材料的力学特性和损伤拉压显著不同的特点,分别在拉应变和压应变空间建立了碾压混凝土的本构关系和损伤演化方程。在拉应变空间,碾压混凝土的变形特性表现为脆弹性,考虑弹性与损伤耦合,应用正交各向异性损伤理论描述碾压混凝土的刚度退化和应变软化;在压应变空间,考虑弹塑性与损伤耦合,应用内时理论来描述碾压混凝土的弹塑性特性,正交各向异性损伤理论来描述微裂缝扩展引起的刚度退化和应变软化,内时理论没有屈服面,使模型的参数和方程大大减少,从而简化了非线性计算过程。计算结果表明,该模型能够较好地描述碾压混凝土在单轴和多轴加载下的性质。 2 碾压混凝土拱坝温度场仿真计算 根据碾压混凝土坝薄层碾压、连续均匀上升的施工特点,考虑各碾压层混凝土浇筑时间和水化热散发时间的不同,应用Laplace变换法和叠加原理求出了多层板状结构体的温度场理论解答。然后以此解析解为基础,合并多个碾压层为一个浇筑层,建立了温度场等效模型,并给出了复合浇筑层的等效初始温度和等效绝热温升的计算方法。该方法能够较好的模拟碾压混凝土分层碾压的施工过程,便于温度场仿真计算应用。 在大体积混凝土不稳定温度场计算中,无论是向前差分法、中点差分法还是向后差分法都会产生计算误差。本文根据拉格朗日中值定理及各节点温差和温度变化率的互不耦合假设,提出一种迭代算法,可以在适当增加差分步长的情况下,减少计算量并保证求解精度,或者在保持常规差分步长的情况下,增加少许计算量而提高求解精度,使数值计算结果逼近理论解。 3 碾压混凝土拱坝应力场仿真计算 首先通过对混凝土材料热学性能的分析,阐述了混凝土温度损伤的概念,应用温度损伤和温度对徐变的影响描述了大体积混凝土温度场和应力场的耦合,建立了考虑温度影响的混凝土弹性模量表达式和徐变应变计算的递推公式。应用粘弹性与损伤耦合和正交各向异性损伤理论,描述了混凝土在高应力水平下的非线性徐变特性和由于微裂缝扩展引起的刚度退化和应变软化,建立了考虑温度影响的大体积混凝土结构应力场分析的粘弹性有限元表达式。 考虑由于逐层碾压施工方式的影响,碾压混凝土坝在碾压层间出现结合面夹层,夹层的存在对其力学性能有较大的影响,夹层强度、刚度较低,形成结构破坏控制面。根据能量等效原理,把层状结构体转换为横向各向同性体,建立了一个连续等效模型,根据等效模型的计算结果进一步计算本体和夹层之间的应力、应变,使得计算工作量大大 大连理工大学博士学位论文 减少。本文的等效模型与单元尺寸、夹层的数量无关,便于根据实际情况对坝体进行灵 活的有限元网格剖分,通用性强,而且该模型能够计算夹层开裂后的情况,可用于坝体 非线性开裂分析。 4碾压混凝土拱坝诱导缝损伤开裂分析 通过多组不同削弱度的深埋椭圆裂缝、深埋矩形裂缝、穿透裂缝三种形式的碾压混 凝土试件轴拉试验结果,建立了深埋矩形裂缝碾压混凝土试件的应力强度因子的近似解 析表达式,考虑尺寸效应,求得碾压混凝土材料的断裂韧度。混凝土宏观裂缝失稳扩展 前,裂缝前缘存在较大范围的损伤区,使得线弹性断裂判据失效,本文采用虚拟裂缝模 型和连续损伤力学方法,计算了断裂过程区的长度和损伤度。根据碾压混凝土拱坝诱导 缝构造特点,分别将矩形诱导缝简化为修正穿透裂缝和修正深埋椭圆裂缝,假定为I型 开裂,考虑相邻裂缝的影响,采用虚拟裂缝模型和线弹性断裂力学相结合的方法,建立 了诱导缝失稳扩展时的亚临界扩展量和等效应力强度因子的解析表达式。应用双K断裂 准则,计算了诱导缝起始扩展和失稳扩展时的等效强度、等效应变和等效损伤度,建立 了碾压混凝土拱坝诱导缝的损伤开裂准则。 5沙牌碾压混凝土拱坝仿真计算分析 根据沙牌工程的大坝几何尺寸、环境参数、材料参数、施工参数和蓄水参数,进行 了沙牌碾压混凝土拱坝施工期和运行期的温度场和应力场计算。根据施工期仿真计算结 果结合大坝施工期的部分观测资料,分析了坝体施工期温度场和应力场的分布特点和变 化规律,以及大坝的损伤开裂情况和诱导缝的张开时间,为沙牌大坝后期施工提出了建 议;根据运行期仿真计算结果对蓄水后坝体温度场、应力场变化规律和损伤开裂情况进 行了分析。 最后对本文的工作进行了总结,并指出需要进一步研
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TV642.4

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄达海,宋玉普,赵国藩;碾压混凝土拱坝诱导缝的等效强度研究[J];工程力学;2000年03期
2 刘海成,宋玉普,姚国军,吴智敏;沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝开裂研究[J];大连理工大学学报;2004年01期
3 刘海成,吴智敏,宋玉普;碾压混凝土拱坝诱导缝损伤开裂准则研究[J];水力发电学报;2004年05期
4 杨家修;普定碾压混凝土拱坝防裂结构设计[J];水力发电;1995年10期
5 黄达海,高政国,宋玉普;沙牌碾压混凝土拱坝损伤开裂分析[J];大连理工大学学报;2001年02期
6 张小刚,宋玉普,王学志,吴智敏;碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度双参数断裂模型[J];大连理工大学学报;2005年02期
7 顾爱军,王向东,徐道远,朱为玄,金玉,杨小令;碾压混凝土拱坝诱导缝的作用探讨[J];扬州大学学报(自然科学版);2003年01期
8 陈刚,张林,陈健康,陈建叶;高RCC拱坝结构可靠度分析与破坏试验研究[J];水力发电;2002年11期
9 张林,李朝国,胡成秋;高碾压混凝土拱坝结构特性试验研究[J];四川大学学报(工程科学版);1995年06期
10 刘林广,张林,陈建叶,刘小强;复合形法在沙牌高碾压混凝土拱坝可靠度分析中的应用[J];水电站设计;2003年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 苏勇;熊忠明;;中国西北高寒地区的碾压混凝土拱坝龙—首拱坝[A];中国水力发电工程学会2003年度学术年会碾压混凝土筑坝技术交流论文汇编[C];2003年
2 李春敏;李毓林;;析我国碾压混凝土拱坝技术[A];中国水力发电工程学会2003年度学术年会碾压混凝土筑坝技术交流论文汇编[C];2003年
3 卢昆华;;普定碾压混凝土拱坝施工技术[A];2004年全国碾压混凝土坝筑坝技术交流会论文集[C];2004年
4 王圣培;;我国碾压混凝土筑坝技术的发展[A];中国水力发电工程学会2003年度学术年会碾压混凝土筑坝技术交流论文汇编[C];2003年
5 ;蔺河口水电站碾压混凝土双曲拱坝施工技术[A];中国水力发电工程学会2003年度学术年会碾压混凝土筑坝技术交流论文汇编[C];2003年
6 沈兆琛;;碗窑水库拦河坝工程碾压混凝土施工[A];中国水力发电工程学会2003年度学术年会碾压混凝土筑坝技术交流论文汇编[C];2003年
7 陈贵喜;卞首蓉;;阳江核电水库大坝沥青混凝土心墙施工技术[A];地基基础工程与锚固注浆技术:2009年地基基础工程与锚固注浆技术研讨会论文集[C];2009年
8 王有德;闻新强;;金安桥水电站碾压混凝土关键施工技术简介[A];2010年度碾压混凝土筑坝技术交流研讨会会议资料[C];2010年
9 龙志宏;;碾压混凝土坝施工质量控制[A];2004年全国碾压混凝土坝筑坝技术交流会论文集[C];2004年
10 戴益华;杨清;;雷打滩水电站碾压混凝土大坝设计[A];2004年全国碾压混凝土坝筑坝技术交流会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 陈改新;碾压混凝土拱坝接缝重复灌浆技术[N];中国水利报;2005年
2 本报记者 卢军 闫雪峰;小草茵茵有情 怎堪如此践踏?![N];黑龙江日报;2009年
3 文刚;海口太阳能道钉大多被毁[N];海南日报;2006年
4 媒体人士 牛克;有必要重申“有几分证据,说几分话”[N];东方早报;2011年
5 记者 李强实习生 闫静;乔建宁荣膺治超勇士称号[N];山西日报;2008年
6 首席记者 王秀萍;碾压麦苗 耕断部分根系[N];山西经济日报;2006年
7 张晓东;警方公布“奔驰碾死3岁小孩”事件真相[N];法制日报;2006年
8 曹艳杰 江进海 记者 李晓辉;多条在建道路工期被迫延长[N];锦州日报;2008年
9 潘洪其;能否相信“人不能堕落得这么深”[N];贵阳日报;2007年
10 东方;“撞伤不如撞死”是法律错觉[N];人民代表报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘海成;碾压混凝土拱坝温度应力与诱导缝开裂分析[D];大连理工大学;2004年
2 张小刚;碾压混凝土诱导缝断面强度、断裂的试验研究和数值模拟[D];大连理工大学;2005年
3 姜民政;套损井修复过程中修复力的确定及水泥环损伤机理研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
4 王成山;严寒地区碾压混凝土重力坝温度应力研究与温控防裂技术[D];大连理工大学;2003年
5 黄志强;碾压混凝土诱导缝与层面断裂性能的试验和数值模拟研究[D];大连理工大学;2006年
6 何秀清;套损井修复压裂过程力学分析及其应用[D];大庆石油学院;2006年
7 王维;地铁车站混凝土结构开裂有限元分析[D];上海交通大学;2008年
8 林志祥;混凝土大坝温度应力数值仿真分析关键技术研究[D];河海大学;2005年
9 徐方;一次摊铺成型的聚合物改性水泥混凝土路面功能层材料研究[D];武汉理工大学;2010年
10 柴军瑞;大坝及其周围地质体中渗流与应力场耦合分析[D];西安理工大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨双超;设置诱导缝的碾压混凝土拱坝温度应力场仿真[D];西安理工大学;2005年
2 张林俊;碾压混凝土坝诱导缝等效强度研究[D];大连理工大学;2003年
3 徐宗超;碾压混凝土诱导缝断裂性能试验及数值分析[D];辽宁工业大学;2011年
4 范瑞朋;碾压混凝土拱坝诱导缝布置形式研究[D];西安理工大学;2010年
5 邓瞻;在不同地基下碾压混凝土坝温度场温度应力场的仿真分析[D];西安理工大学;2005年
6 陈刚;高碾压混凝土拱坝结构可靠度分析与破坏试验研究[D];四川大学;2001年
7 彭友文;碾压混凝土坝层面性态的正反分析模型研究[D];河海大学;2004年
8 齐新;碾压混凝土溢流坝温度应力计算分析[D];西安理工大学;2003年
9 李金凤;碾压混凝土高拱坝的温控研究与分缝设计[D];广西大学;2004年
10 陈莉静;碾压混凝土坝温度场温度应力计算可视化系统研究[D];西安理工大学;2001年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026