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碾压混凝土坝钢纤维混凝土抗震加固措施研究

何天福  
【摘要】: 进入21世纪,西部大开发和“西电东送”战略的实施促进了我国水电能源开发和水利工程建设的空前发展。由于我国70%以上的水利资源分布在地震活动频繁剧烈的西南地区。据统计,在库容超过1亿m~3的大坝中,约有40%修建在地震烈度7度以上地区,有13%修建在8度以上地区。因此,大坝的抗震安全性是我国大坝设计中最关键的问题之一。有效的工程措施对于改善大坝的安全性能,增强其抵御荷载的能力等方面可以发挥很好的作用。 本文以金安桥碾压混凝土重力坝为研究背景,从振动台动力模型试验和非线性有限元分析两方面,对碾压混凝土重力坝钢纤维混凝土的抗震加固问题进行了研究。具体地,论文主要研究了以下三方面内容: 1、为了正确选择反映各阶段相似关系的钢纤维混凝土模拟材料,深入研究了钢纤维混凝土特性并进行了构件试验,分析比较了其抗压强度、抗拉强度以及动力特性。试验结果表明钢纤维混凝土抗拉强度较同等级素混凝土高,动荷载作用下钢纤维能阻止和延缓裂缝的产生与发展、防止混凝土脆性断裂。在模型试验中采用了将玻璃纤维掺加到仿真混凝土中的模拟方法。 2、对金安桥碾压混凝土大坝动力模型试验结果进行了分析总结。研究了在坝头部高拉应力区敷设钢纤维混凝土的试验模拟方法及其对大坝抗震安全性的具体影响。四个典型坝段的断面模型试验分别按有无抗震措施两类情况进行考虑。同时,对试验结果分别从加速度放大倍数、起裂加速度、坝体局部应力三方面进行了分析,试验结果表明该抗震措施能提高坝体起裂加速度、延缓裂缝的发展、改善坝体抗震性能。 3、进行了基于ABAQUS的金安桥混凝土碾压重力坝挡水坝段数值分析。通过建立二维刚性地基模型,以拉应力损伤因子为内变量,采用混凝土塑性损伤模型,分析了坝体在地震荷载作用下由拉应力引起的损伤破坏,研究了局部采用钢纤维混凝土这种抗震措施的具体效果。研究了三种钢纤维体积率与三种钢纤维混凝土使用区域方案不同组合下坝体裂缝的等效宽度和扩展深度、位移响应以及坝头部起裂加速度的变化规律。结果表明钢纤维混凝土抗震措施的施加,可以提高坝头部起裂加速度、减小坝体裂缝宽度和深度。


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