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《浙江大学》 2012年
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混凝土结构裂缝的有限元模拟

余学芳  
【摘要】:混凝土材料在承受荷载前,其内部就已经存在许多微小裂纹,在外部荷载的作用下,这些微小裂纹进一步发展形成宏观裂缝而导致破坏。混凝土材料在宏观裂缝发生失稳扩展前,存在着缓慢的稳定裂缝增长阶段,其裂缝尖端附近存在着一个微裂区。当裂缝增长而形成塑性区或微裂区时,都要消耗更多的外力功。所以线性断裂力学的判据就不能使用,必须采用非线性断裂力学的分析方法来确定混凝土材料的断裂判据。在对带裂缝的混凝土的工作性质进行分析时,必须采用一个较好的断裂模型。本文主要阐述了混凝土结构裂缝分析中几种常用断裂模型的研究现状及其主要特点,以便为混凝土裂缝分析中选用合适的断裂模型提供参考;建立了一个基于能量理论的断裂准则;一个“插入-分离”的网格重分算法和一个直接插入的网格映射法;开发了一个非线性方程的数值解法,此解法能够解决跳跃和后跳现象。因为具有应变软化材料的混凝土荷载-挠度曲线在极值点附近往往出现跳跃或后跳特性。针对此,描述了一种适合具有混凝土材料拉应变软化的局部弧长法,是弧长法的一种改进。这种方法基本采用相对位移参数结合结构中局部裂缝区的约束方程;利用有限单元法对四点剪切混凝土梁混合裂缝进行计算,对研究结果进行了分析,说明了局部弧长法的优越性;并分别指出了切口深度以及弹性模量对裂缝口滑动位移的影响;并能准确有效计算荷载位移曲线及其作用点的挠度曲线。采用预设裂缝单元嵌入算法,在受到自重和水压力作用下,对混凝土重力坝坝踵预制裂缝扩展轨迹进行模拟;并且当坝基岩体材料不同对这预制裂缝扩展轨迹的影响进行比较。分析结果表明,采用预设裂缝单元嵌入算法计算结果较好,从而证明了预设裂缝单元嵌入算法可以对混凝土重力坝裂缝扩展过程进行模拟。并采用预设裂缝单元嵌入算法对顺溪拱坝裂缝扩展轨迹进行了模拟,裂缝扩展轨迹与线弹性分析最大主拉应力发生的位置基本一致。研究表明预设裂缝单元嵌入算法对模拟大坝裂缝扩展具有一定的有效性。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU375

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【引证文献】
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1 曹梦蕾;基于实桥破坏性试验的双曲拱桥极限承载力研究[D];长安大学;2013年
【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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10 蒋文宇;盐雾环境下混凝土结构耐久性的试验研究[D];长沙理工大学;2011年
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