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混凝土率型本构模型及其在拱坝动力分析中的应用

肖诗云  
【摘要】: 本文对混凝土进行了动态抗拉抗压试验,并根据试验结果,建立了混凝土一致粘塑性Drucker-Prager模型和一致粘塑性Willam-Warnke三参数模型,最后对溪洛渡拱坝进行动力非线性地震反应分析,探讨了应变率对高拱坝地震反应的影响。 本文在分析高拱坝特点的基础上,对混凝土进行了动力抗拉抗压试验,研究了应变率对混凝土动态抗拉抗压强度特性的影响,给出了混凝土动态抗拉抗压强度增量与应变率对数之间的拟合公式;分析了应变率对混凝土弹性模量、峰值应力时的应变、泊松比和混凝土吸能能力的影响。在分析混凝土静动力本构模型的基础上,着重分析了混凝土的屈服强度与混凝土内变量(塑性应变或塑性应变功)以及混凝土的动态抗拉抗压强度增量与内变量的变化率之间的关系,为建立混凝土的动态本构模型打下了基础;同时,也研究了湿度条件对混凝土应变率与混凝土动态抗拉抗压强度及动态变形特性关系的影响。 本文在分析试验的基础上,根据一致粘塑性本构模型的概念,对混凝土常用的静态本构模型Drucker-Prager模型和Willam-Warnke三参数模型进行改造,引入应变率的影响,建立了一致粘塑性Drucker-Prager模型和一致粘塑性Willam-Warnke三参数模型,并与试验结果进行了比较,结果表明模型能够较好地反映混凝土在单轴情况下的动力特性,同时分别用算例讨论了应变率对结构动力反应的影响,从数值算例的结果可以看出:在结构的响应中,考虑了应变率的影响后,混凝土的变形及应力大小与分布发生了较大的变化,因此,应变率对混凝土结构的影响是一个不容忽视的因素。 本文计算了溪洛渡拱坝线弹性模型、率无关和率相关Drucker-Prager模型、率无关和率相关Willam-Warnke三参数模型的地震反应,并初步探讨了应变率对拱坝地震反应的影响,计算结果表明拱坝在地震反应过程中,拉应力成为拱坝设计的控制应力,考虑应变率的影响后,拱坝抗拉强度和拉应力都得到了提高;而由于拱坝具有较高抗压能力,压应力没有达到屈服,因而应变率对其影响甚微。同时,考虑到应变率的影响后,结构的总应变和总应变率没有发生明显的变化,但是塑性应变和塑性应变率发生了较大的变化。本文的计算结果为拱坝的设计和拱坝抗震安全性评价提供了参考。


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