小灣拱壩地震響應非線性有限元分析.pdf

1、在我國西部進行水電能源開發(fā)，對多地震國家的強震區(qū)來說，高壩抗震安全問題是目前我國水電科技工作者必須面對的一個嚴重挑戰(zhàn)，也是確保工程順利與運行安全的關鍵科學與技術課題。按照抗震設計的兩階段設計思想，罕遇地震下拱壩結構將表現(xiàn)出強非線性響應和損傷漸進累積發(fā)展的特征，其精細化分析屬于學科前沿課題。拱壩橫縫非線性和壩體材料非線性及其耦合作用被認為是影響強震作用下拱壩響應的重要因素，相關課題的研究具有重要的理論意義和實用價值。 （1）介紹了

2、損傷力學基本知識：兩大問題、三大假定（原理）以及在熱力學框架中幾個損傷力學概念，詳細總結了損傷演化問題，以及混凝土損傷力學的特點和混凝土損傷模型。介紹了ABAQUS中的損傷塑性本構，該本構采用各向同性彈性損傷結合各向同性拉伸和壓縮塑性理論來研究混凝土的非彈性特性。同時本文提出了以D-P為屈服準則，以D-P型函數(shù)為勢函數(shù)的損傷本構，其中損傷變量的演化公式采用Mazars提出的。 （2）介紹應力更新算法：顯示Euler積分算法和完全

3、隱式Euler返回算法。介紹了基于本構積分算法的系統(tǒng)線性化的算法模量，給出了完全隱式向后Euler圖形返回算法的框圖。推導了基于D-P準則的返回算法和算法模量，并給出了算法框圖。給出了應力更新的基本步驟，以流程圖的形式給出了應力更新的過程。介紹了ABAQUS軟件提供的UMAT子程序，采用Fortran語言編寫了基于D-P準則損傷本構的接口程序，同時指出程序設計的有關注意事項，最后通過一個例子驗證了本程序的精度。 （3）以小灣拱壩

4、為例，建立其三維有限元模型，考慮兩種典型工況下不同本構對拱壩地震響應的影響。首先由規(guī)范給出的混凝土單軸受壓受拉應力應變曲線，得出單軸壓縮硬化曲線、單軸拉伸軟化曲線，然后根據(jù)能量等效假設，推導受壓受拉的損傷變量的公式，作為ABAQUS中混凝土損傷塑性本構的參數(shù)輸入。接著在ABAQUS編寫了考慮動水壓力影響的附加質(zhì)量單元程序，對小灣拱壩的動力特性進行了計算分析。然后用線彈性本構、D-P本構、ABAQUS中的損傷塑性本構、基于D-P準則損傷本

5、構對小灣拱壩進行了動力分析，結果表明，在正常蓄水位下，線彈性本構下的拉應力比兩種損傷本構的拉應力大，壓應力相差不大；D-P本構下的拉應力也比兩種損傷本構的拉應力大；兩種損傷本構的順河向位移峰值最大，并且兩種損傷本構計算出來的位移響應最大值有滯后現(xiàn)象；在常遇低水位下，四種本構計算的應力、位移值都相差不大。 （4）描述了ABAQUS/Standard中的接觸分析及其參數(shù)設置、接觸算法，然后采用基于表面的接觸模擬拱壩橫縫。考慮壩體分縫

6、、水位改變以及壩體材料非線性對拱壩進行地震響應分析。結果表明，①每條縫的最大開度都不是出現(xiàn)在中縫，而是出現(xiàn)在左右兩側縫上；②至少模擬3條分布較為均勻的橫縫就可以大體反映拱壩實際應力狀況；③當考慮橫縫張開效應后，拱向應力明顯減小，梁向應力增加，上下游面的主應力減小；④對于考慮橫縫張開效應的拱壩，如果從壩體應力的角度考慮，高水位是控制工況；如果從控制橫縫開度的角度而言，低水位是控制工況；⑤考慮橫縫后，壩體損傷值會增大。 （5）文章最