混凝土損傷理論在水工結(jié)構(gòu)仿真分析中的應(yīng)用.pdf

1、混凝土大壩等混凝土結(jié)構(gòu)在各種外界因素的作用下,材料會(huì)產(chǎn)生損傷,因此結(jié)構(gòu)處于一個(gè)損傷場(chǎng)中,且損傷在外界因素的作用下將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展,如果按無(wú)損情況來(lái)分析計(jì)算,顯然與結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況會(huì)有一定的差異,因此在結(jié)構(gòu)的分析中必須考慮材料的損傷特性才能得到結(jié)構(gòu)的真實(shí)力學(xué)響應(yīng)和工作性態(tài).因此,混凝土損傷力學(xué)已日益受到的人們的重視.本論文在徐道遠(yuǎn)教授為首的河海大學(xué)斷裂與損傷課題組研究成果的基礎(chǔ)上,對(duì)混凝土的損傷理論和工程應(yīng)用中的若干問(wèn)題進(jìn)行了研究,通過(guò)對(duì)混凝

2、土材料的破壞機(jī)理分析,認(rèn)為混凝土體從受外荷載(或其它外界因素)作用起,直至破壞的過(guò)程,就是一個(gè)在初始損傷的基礎(chǔ)上,損傷發(fā)展和積累的過(guò)程.本文用損傷描述了混凝土的應(yīng)力應(yīng)變軟化效應(yīng)及混凝土破壞過(guò)程中斷裂與損傷的交織行為,揭示了混凝土破壞機(jī)理的實(shí)質(zhì).提出了三種混凝土損傷定量計(jì)算的方法,同時(shí)還得到了推算無(wú)損混凝土彈性模量和強(qiáng)度的方法.由于混凝土材料的拉、壓性質(zhì)不同,所以也進(jìn)行了與定量分析有關(guān)的混凝土拉、壓損傷定量轉(zhuǎn)換關(guān)系的研究.得出了在絕對(duì)值相

3、同應(yīng)變情況下,拉、壓損傷定量轉(zhuǎn)換公式.設(shè)計(jì)了一套測(cè)試方案,以加引氣劑模擬初始損傷的方法,用可實(shí)現(xiàn)的軸向拉、壓等試驗(yàn)所測(cè)得的彈性模量,再根據(jù)損傷理論,得出了混凝土的初始損傷D<,0>和損傷閾值D<,f>.分析了混凝土的損傷參數(shù)作為材料參數(shù)也具有尺寸效應(yīng),并對(duì)混凝土損傷參數(shù)的尺寸效應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行了研究,導(dǎo)出了將小尺寸試件測(cè)得的損傷參數(shù)D<,0>和D<,f>轉(zhuǎn)換為實(shí)際大尺寸結(jié)構(gòu)損傷參數(shù)的關(guān)系式.并對(duì)普通混凝土給出了一些大尺寸試件的D<,0>和D<

4、,f>的參考值.討論了將損傷反映到損傷有限元支配方程中的方法,得到了混凝土損傷場(chǎng)有限元計(jì)算的方程.據(jù)此可以進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)隨荷載變化的損傷仿真計(jì)算.分析了進(jìn)行混凝土大壩的損傷仿真有限元分析的方法,推導(dǎo)了損傷仿真有限元方程.并對(duì)某大壩進(jìn)行了損傷仿真計(jì)算,得到了損傷場(chǎng)隨時(shí)間的變化規(guī)律,并用損傷理論對(duì)其作了分析.從計(jì)算結(jié)果看出,混凝土大壩損傷場(chǎng)隨時(shí)間的變化規(guī)律與應(yīng)力隨時(shí)間的變化規(guī)律有所不同,損傷場(chǎng)才能夠更有效的反映結(jié)構(gòu)的工作性態(tài),方能正確地估計(jì)