碾壓混凝土拱壩誘導(dǎo)縫布置形式的研究

1、<p>　　碾壓混凝土拱壩誘導(dǎo)縫布置形式的研究</p><p>　　分 分類號 號 號 UUU DCCCCC 密 密 級 級 級學(xué) 學(xué) 號 號 070815085222</p><p><b>　　、 砂擠爭了,去軍</b></p><p><b>　　碩 士學(xué)位論文</b></p><p&

2、gt;<b>　　學(xué) 科 門 類 :</b></p><p><b>　　學(xué) 科 名 稱 :</b></p><p><b>　　指 導(dǎo) 教 師 :</b></p><p>　　申 請 日 期 :獨 創(chuàng) 性 聲 明</p><p>　　本人所呈交 的學(xué)位論文 是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行

3、 的研究工作及取得 的成果 。盡我所</p><p>　　知,除特別加 以標(biāo)注的地方外,論文中不包含其他人的研究成果。與我一同工作的同</p><p>　　志對本文的研究工作和成果的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并已致謝。</p><p>　　本論文及其相關(guān)資料若有不實之處,由本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任</p><p>　　。者 簽 名 :如

4、蜘 、 , 、咖</p><p>　　學(xué)位論文使用授權(quán)聲 明</p><p>　　廠本 、 迄鳴溺‘ 在 導(dǎo) 師 的 指 導(dǎo) 下 創(chuàng) 作 完 成 學(xué) 位 論 文的 知 識 產(chǎn) 妙西 安 理 工 大 學(xué)</p><p>　　所有,本人今后在使用或發(fā)表該論文涉及的研究內(nèi)容時,會注明西安理工大學(xué)。本人</p><p>　　作為學(xué)位論文著作權(quán)擁有者

5、 ,同意授權(quán)西安理工大學(xué)擁有學(xué)位論文的部分使用權(quán) 在</p><p>　　以下 “口”中標(biāo) 明,同意 的劃 “了”,不 同意 的劃 “x ”, 即: 本 人提 交的 印刷版和 電</p><p><b>　　子版學(xué)位 論文 ,</b></p><p>　　礦 學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其他復(fù)制手段保存;</p><p>　

6、　了學(xué)?？梢詫W(xué)位論文的全部內(nèi)容編入公開的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索;</p><p>　　可學(xué)校可以將學(xué)位論文的摘要編入公開的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索;</p><p>　　口 學(xué)?？?以將公開的學(xué)位論文或解密后的學(xué)位論文作為資料在圖書館、資料室等</p><p>　　場所 及校園網(wǎng)上供校 內(nèi)師生 閱讀 、瀏覽 。</p><p>　　本人 學(xué)位論文全 部或部

7、分 內(nèi)容的公布 包括刊登 授權(quán) 西安理工大學(xué)研究生學(xué)院</p><p><b>　　辦理 。</b></p><p>　　保密的學(xué)位論文在解密后 ,適用本授權(quán)說明</p><p>　　論 。癡 ;匈鍘 導(dǎo) 、名 :‘ 增玉…補 年;月如摘要</p><p>　　論文題 目: 碾壓混凝土拱壩誘導(dǎo)縫布置形式研究</p

8、><p>　　學(xué)科專業(yè) : 水工結(jié)構(gòu)工程</p><p>　　研 究 生: 范瑞朋 簽 名:</p><p><b>　　玉弊瑪</b></p><p>　　指導(dǎo)教師: 李守義 教授 簽 名:</p><p><b>　　道 霞試-</b></p><p>

9、;<b>　　摘 要</b></p><p>　　碾壓混凝土筑壩 的諸多優(yōu)點,使得它在近幾十年 的筑壩實踐中得到飛速發(fā)展,但在許</p><p>　　多工程 中都不可避免的出現(xiàn)不同程度的溫度裂縫 。由于拱壩壩體應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和碾壓</p><p>　　混凝土材料 的不均勻性 , 壩體在溫度應(yīng)力作用下開裂時, 很難確定究竟哪個斷面首先開裂,&l

10、t;/p><p>　　所 以國內(nèi)外己建成的碾壓混凝土拱壩 中普遍設(shè)置 了誘導(dǎo)縫來控制壩體的開裂 。 本文分析 了</p><p>　　由溫度應(yīng)力產(chǎn)生的大壩裂縫的危害性和控制裂縫的重要性,并在討論解決溫度應(yīng)力的多種</p><p>　　措施及各 自優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上,闡述 了誘導(dǎo)縫這一措施的優(yōu)勢和應(yīng)用前景,繼而通過對誘導(dǎo)</p><p>　　縫研究現(xiàn)狀

11、與趨勢的分析,研究了拱壩誘導(dǎo)縫布置形式。</p><p>　　結(jié)合實際工程,以碾壓混凝土拱壩誘導(dǎo)縫布置形式研究為主導(dǎo),首先對無誘導(dǎo)縫拱壩</p><p>　　運行期進(jìn)行了三維非線性有限元應(yīng)力仿真分析及裂縫計算。 根據(jù)計算結(jié)果和誘導(dǎo)縫的設(shè)置</p><p>　　原則,建立了誘導(dǎo)縫不同布置位置和不同削弱度的拱壩模型,分別進(jìn)行了三維有限元靜力</p><

12、;p>　　計算 ,并針對壩肩和地基交接部位 的應(yīng)力集 中問題進(jìn)行 了等效應(yīng)力計算 。對 比分析 了幾種</p><p>　　常見的誘導(dǎo)縫布置形式下壩體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布規(guī)律,提 出了合理的誘導(dǎo)縫布置形式,為工程</p><p>　　設(shè)計提供參考依據(jù) 。</p><p>　　通過計算分析得 出,由于溫 降和基巖約束作用 ,在壩肩和壩踵 區(qū)域最易出現(xiàn)裂縫 ,然</

13、p><p>　　后裂縫沿著壩體厚度方 向和壩體高度方 向延伸 。 誘導(dǎo)縫不抗拉使拱壩的拉應(yīng)力得到部分釋</p><p>　　放 。計算結(jié)果表 明設(shè)置誘導(dǎo)縫對壩體誘導(dǎo)縫 附近應(yīng)力影 響較大 ,對壩體其他位置應(yīng)力狀態(tài)</p><p>　　影響較小。在壩體頂部兩端和底部兩端拉應(yīng)力 比較大的區(qū)域設(shè)置誘導(dǎo)縫,便可有效消除該</p><p>　　區(qū)域 的拉應(yīng)

14、力 ,其作用 明確 。另外在 1/6 一1/3 范 圍內(nèi),不 同的削弱程度對誘導(dǎo)縫釋放壩</p><p>　　體應(yīng)力的程度差別不大 ,對壩體應(yīng)力分布規(guī)律影響也不大 。因此選擇合理的誘導(dǎo)縫布置是</p><p>　　解決碾壓混凝土拱壩溫度裂縫 的有效途徑 。</p><p>　　關(guān)鍵詞 : 碾壓混凝土拱壩 ; 三維有 限元 ; 仿真分析 ; 誘導(dǎo)縫西安理工大學(xué)碩士學(xué)位

15、論文 T itle : S T U D Y O N IN D U C E D C R E A K L A Y O U T O F R O L L E R C O M P A C T E D C O N C R E T E A R C H D A MM aj or: H ydraulic Structure E ngineeringN a m e : R u iP e n g FA N 5 ig n a tu re :</p>

16、<p>　　S u P e rv is o r: P ro f. S h o u y i L I</p><p>　　5ignature : 逃 蜒 魚</p><p>　　A b s t門 C t In th e reeeni deead es,R C C D A M S teehn ology h ad raP id dev eloPm eni beeau se it h

17、as m an y ad v an tages.Th ere ar e un av o idab le aP P ear m an y d iffe reni d egr ee tem P erature crac k in m an yProj ects.B eeau se th e eomP lexity ofar ch dam str ess stat e an d inh om ogeneity ofR C C m at er

18、ial , it 15 d iffi eu lt to d et erm in e wh at seetion fi rst crac k U n d er th e act ion o f d am in tem P eral 刀re stress erac ki n g .5 0 Th e R C C are h d am b oth at h o</p><p>　　IIA bstr aCIth e in

19、 d u eed erae k , less to d am str ess an oth er lo cat ion .In d u eed erae k set in th e toP an d b ott om of th e dam th at ten sile stre ss 15 larg e can effe etiv ely elirn in ate th e ten sile str ess, its fu nct i

20、on 15elear. B ut in seoP e of l/6一l/3 ,th e releas e of stre ss an d str ess distri but ion less by indueed crae k wi th diffe rent we ak e苗n g degr ee , 5 0 eh oo se reasonab le lay out fo rm of in duc ed erae k to so l

21、v e th e R C C are h dam temP eran ir e e</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論… … 1</b></p><p>　　1.1 碾壓混凝土筑壩技術(shù) 的發(fā)展現(xiàn)狀… … 1</p><p>　　1.2 碾壓混凝土壩的溫度應(yīng)

22、力問題及溫控措施.… … 2</p><p>　　1.2.1 碾壓混凝土壩溫度裂縫的產(chǎn)生..… … 2</p><p>　　1.2.2 溫度裂縫 的危害和控制裂縫 的意義.… … 2</p><p>　　1.3 國內(nèi)外誘導(dǎo)縫研究現(xiàn)狀和存在的主要 問題.… … 4</p><p>　　1.4 本論文的主要研究內(nèi)容..… … 5</p>

23、;<p>　　2 有 限元分析的基本理論..… … 7</p><p>　　2.1 有 限元分析方法概述.… … 7</p><p>　　2.2 有 限元分析方法 的基本過程.… … 7</p><p>　　2.3 混凝土非線性分析的基本原理… … 9</p><p>　　2.3.1 材料非線性有 限單元法..… … 9<

24、/p><p>　　2.3.2 混凝土強度 多參數(shù)準(zhǔn)則.… … 10</p><p>　　2.4 裂縫模型.… … 10</p><p>　　2.5 接觸 問題有 限元基本原理..… … 12</p><p>　　2.5.1 接觸面單元描述… … 12</p><p>　　2.5.2 接觸面單元類型… … 13</p&

25、gt;<p>　　2.5.3 接觸 問題有 限元求解方法.… … 13</p><p>　　3 碾壓混凝土拱壩的 AN SYS 數(shù)值模擬分析… … 16</p><p>　　3.1 混凝土的本構(gòu)關(guān)系與破壞準(zhǔn)則.… … 16</p><p>　　3.2 AN SYS 結(jié)構(gòu)非線性分析… … ,.… … 19</p><p>　　3.

26、2.1 結(jié)構(gòu)非線性 問題 的類 型.… … 19</p><p>　　3.2.2 非線性 問題 的一般求解方法… … 20</p><p>　　3.2.3 AN SYS 非線性 問題求解 的注意 問題… … 20</p><p>　　3.3 碾壓混凝土拱壩誘導(dǎo)縫結(jié)構(gòu)在 AN SYS 中的模擬… … 22</p><p>　　3.3.1 AN

27、SYS 分析接觸 問題 的原理… … 22</p><p>　　3.3.2 基 本假 定… … 22</p><p>　　3.3.3 接觸邊界條件及摩擦類 型.… … 23</p><p>　　3.3.4 AN SYS 接觸分析能力… … 23</p><p>　　3.3.5 接觸分析 的收斂 問題..… … 25</p>&l

28、t;p>　　3.4 拱壩等效應(yīng)力 的計算… … 26</p><p>　　3.4.1 有 限元等效應(yīng)力分析… … 26</p><p>　　3.4.2 等效應(yīng)力 的實現(xiàn) :8Ij? ? l</p><p><b>　　32</b></p><p>　　4 無誘導(dǎo)縫拱壩應(yīng)力分析及裂縫計算西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文<

29、;/p><p>　　4.1 工程概況..… … 30</p><p>　　4.1.1 基本資料… … 30</p><p>　　4.1.2 計算工況..… … 32</p><p>　　4.1.3 計算假定及計算模型..… … 32</p><p>　　4.1.4 荷載施加… … 34</p><p&g

30、t;　　4.2 無誘導(dǎo)縫拱壩的計算成果及應(yīng)力分析..… … 36</p><p>　　4.2.1 工況 1 計算成果及應(yīng)力分析..… … 36</p><p>　　4.2.2 工況 2 計算成果及應(yīng)力分析..… … 37</p><p>　　4.3 無誘導(dǎo)縫縫碾壓混凝土拱壩非線性有 限元裂縫計算..… … 39</p><p>　　4.3.1

31、 工況 1自重+正常蓄水位十沙壓+溫 降裂縫計算.… … 39</p><p>　　4.3.2 工況 2 自重+正常蓄水位+沙壓+溫升裂縫計算.… … 41</p><p>　　4.4 本章小結(jié)..… … 43</p><p>　　5 碾壓混凝土拱壩誘導(dǎo)縫布置形式研究..… … 45</p><p>　　5.1 碾壓混凝土拱壩誘導(dǎo)縫的設(shè)置..

32、… … 45</p><p>　　5.2 誘導(dǎo)縫模型的模擬..… … 48</p><p>　　5.2.1 誘導(dǎo)縫模型及參數(shù).… … 48</p><p>　　5.2.2 溫度場計算.… … 48</p><p>　　5.3 設(shè)置誘導(dǎo)縫拱壩應(yīng)力計算及成果分析..… … 49</p><p>　　5.3.1 方案 1 計

33、算成果及分析… … 49</p><p>　　5.3.2 方案 2 計算成果及分析… … 50</p><p>　　5.3.3 方案 3 計算成果及分析… … 52</p><p>　　5.3.4 方案 4 計算成果及分析… … 53</p><p>　　5.3.5 方案 5 計算成果及分析… … 54</p><p>

34、;　　5.3.6 方案 6 計算成果及分析… … 56</p><p>　　5.3.7 方案 7 計算成果及分析… … 57</p><p>　　5.3.8 方案 5 溫升工況 的計算成果及分析..… … 59</p><p>　　5.3.9 不 同誘導(dǎo)縫布置形式下壩體應(yīng)力影響分析..… … 60</p><p>　　5.4 各方案等效應(yīng)力計

35、算分析… … 61</p><p>　　5.5 小結(jié)… … 64</p><p>　　6 結(jié)論與展望 .,..… … 65</p><p>　　6.1 結(jié)論..… … 65</p><p>　　6.2 展望..… … 65</p><p><b>　　致 謝… … 67</b></p>

36、<p>　　參考文獻(xiàn)… … 68</p><p>　　附錄.… … 711 緒論</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 碾壓 混凝土筑壩技術(shù) 的發(fā)展現(xiàn)狀碾壓混凝土Ro lle r C oM pac ted C on cret e一衛(wèi)C C 壩是將常態(tài)混凝土壩 的結(jié)構(gòu)和碾壓土</p>&

37、lt;p>　　石壩施工等優(yōu)點集 中于一體而形成的一種新型筑壩技術(shù) 。 自碾壓混凝土筑壩技術(shù) 問世 以</p><p>　　來 ,得到世界各 國的普遍運用 ,在我 國的發(fā)展尤其迅速 。20 世紀(jì) 70 年代初 , 美 國加州</p><p>　　大學(xué)教授首先提 出了碾壓混凝土的概念 “’ , 碾壓混凝土是一種以碾壓方式密實的干硬性</p><p>　　混凝土 。

38、這種技術(shù)應(yīng)用于修建混凝土壩 ,給混凝土筑壩技術(shù)帶來 了轉(zhuǎn)折性的重大變化 。碾</p><p>　　壓混凝土壩是把常態(tài)混凝土壩結(jié)構(gòu)與材料和碾壓土石壩施工方法兩者的優(yōu)越性加 以綜合 ,</p><p>　　經(jīng)過擇優(yōu)改進(jìn) ,相互結(jié)合而形成的,具有節(jié)約水泥、施工速度快,工程造價低等無法比擬</p><p>　　的優(yōu)點,因此 R C C 筑壩技術(shù)在世界許 多國家被廣泛應(yīng)用,發(fā)

39、展十分迅速 ,已經(jīng)成為當(dāng)今</p><p><b>　　筑壩技術(shù)的主流 。</b></p><p>　　198 1 年 日本修成 了世界上第一座碾壓混凝土重力壩 壩高 89m 的島地壩 ,接著美 國</p><p>　　在 1982 年建成 了世界上第一座全碾壓混凝土重力壩 壩高 52 m 的柳溪壩,我 國在 1986</p>&

40、lt;p>　　年建成 了國內(nèi)第一座碾壓混凝土重力壩 壩高 56 .8m 的坑 口壩。此后,世界各 國逐漸開始</p><p>　　采用這項新技術(shù)并不斷地加 以改進(jìn)和完善,使之不僅在 中小工程 中得到應(yīng)用 ,而且在一些</p><p>　　大型工程上也陸續(xù)采用 了這項筑壩技術(shù) 【 , , 【 3, 。根據(jù) 國際大壩委員會統(tǒng)計,至 2006 年底 ,</p><p&g

41、t;　　全世界已建成或正在施工的壩高 15m 以上的碾壓混凝土大壩 ,總數(shù) 己超過 380 座 ,且大部</p><p>　　分位于亞洲 。 從 2007 年 n 月 3 日在貴陽市召開的第五屆碾壓混凝土壩 國際研討會上獲悉 ,</p><p>　　到 2006 年底全世界 已建成或正在施工的 384 座碾壓混凝土壩 ,已有 323 座竣工 ,另有 61</p><p&

42、gt;　　座正在建設(shè) 。己經(jīng)竣工 的這 323 座大壩,分布在中國、西班牙等 44 個 國家。據(jù)介紹,過</p><p>　　去 10 年 中,碾壓混凝土壩在亞洲 的數(shù)量大幅增長。到 2006 年末,中國己建 92 座碾壓混</p><p>　　凝土壩 ,另有 34 座在建 。位于廣西紅水河上 的龍灘 電站碾壓混凝土大壩壩 高 216.5m ,是</p><p>　

43、　目前世界上 同類壩 中最 高的大壩 。</p><p>　　當(dāng)今世界各 國碾壓混凝土壩 日益增多,技術(shù)發(fā)展活躍,總的趨勢是: 由低壩 向高壩發(fā)</p><p>　　展 ,由重力壩 向拱壩發(fā)展 ,由間歇式澆筑 向連續(xù)澆筑發(fā)展 【 5, 。碾壓混凝土應(yīng)用于 高壩 ,對</p><p>　　加快大型水 電站建設(shè)至關(guān)重要 。雖然我 國碾壓混凝土壩起步較晚,但最近 20 年

44、我 國碾壓</p><p>　　混凝土筑壩技術(shù)得到了很大的發(fā)展 。我 國科技工作者圍繞碾壓混凝土重力壩、碾壓混凝土</p><p>　　拱壩兩種壩型 ,開展 了筑壩材料 、壩底結(jié)構(gòu)設(shè)計 、防滲型式 、層面結(jié)合 、溫度控制 、上壩</p><p>　　方式 、施工碾壓工藝 、施工質(zhì)量監(jiān)測與控制 、安全監(jiān)測與反饋分析等一系列不 同層面 的科</p><

45、;p>　　技攻關(guān) ,僅 國家科技攻關(guān)項 目就有 “‘ 八五 ’普定碾壓混凝土拱筑壩技術(shù)研究 ”、“‘ 八五 ’</p><p>　　和 ‘ 九五 ’高碾壓混凝土重力壩設(shè)計方法研究”、“‘ 九五 ’高碾壓混凝土拱壩快速筑壩技</p><p>　　術(shù)研 究 ”。隨著一批批有份量 的科研成果 的誕生,快速地提升 了工程技術(shù)人 員對碾壓混凝</p><p>　　土筑壩

46、技術(shù)的認(rèn)識,為碾壓混凝土筑壩技術(shù)推廣應(yīng)用奠定了堅實的理論和科學(xué)基礎(chǔ)。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　.2 碾壓混凝土壩的溫度應(yīng)力問題及溫控措施</p><p>　　.2.1 碾壓混凝土壩溫度裂縫的產(chǎn)生</p><p>　　碾壓混凝土壩在結(jié)構(gòu)上屬大體積混凝土 ,一般采用全斷面通倉碾壓、連續(xù)上升的施工</p><p>　　工藝,必要

47、時甚至需要在夏季高溫季節(jié)施工,導(dǎo)致混凝土水化熱來不及散發(fā) ,壩體在澆筑</p><p>　　后一段時間內(nèi)會達(dá)到很高的溫度,因此壩體溫度在施工期和運行期冷卻到穩(wěn)定溫度場的過</p><p>　　程 中會 出現(xiàn)很大的溫差 。這樣,碾壓混凝土因為降溫 ,體積收縮 。在基巖部分 ,混凝土收</p><p>　　縮受到到基巖的約束 , 又 由于此時隨著碾壓混凝土彈性模量的增加

48、 , 將產(chǎn)生很大 的拉應(yīng)力 。</p><p>　　如果這個拉應(yīng)力超過 了碾壓混凝土的極限抗拉強度 ,就將 出現(xiàn)基礎(chǔ)貫穿裂縫 。在脫離基巖</p><p>　　約束 的部位 ,如果碾壓混凝土 的最高溫度與外部介質(zhì) 的溫差很大 ,內(nèi)部熱 的混凝土約束外</p><p>　　部冷的混凝土的收縮 ,也可能出現(xiàn)非線性溫度場 ,導(dǎo)致深層裂縫或表面裂縫 的出現(xiàn) 。最可</

49、p><p>　　能和最危險的情況 ,是早期的表面裂縫形成 了壩體表層 的弱點,在繼續(xù) 降溫過程 中,最容</p><p>　　易出現(xiàn)具有破壞性的裂縫 。實踐證 明,多數(shù)碾壓混凝土壩在施工期 間即 己開裂或者在運行</p><p><b>　　期 間出現(xiàn)裂縫 。</b></p><p>　　1.2.2 溫度裂縫的危害和控制裂縫

50、的意義</p><p>　　對于碾壓混凝土拱壩,其溫度裂縫與一般混凝土壩 中經(jīng)常發(fā)生的表面溫度裂縫相 比,</p><p>　　在性質(zhì)上有很大不 同。表現(xiàn)在:</p><p>　　l 大部分溫度荷載來 自施工期的溫升和溫度回落 ‘ 8, ,溫度拉應(yīng)力遍及整個壩厚 ,</p><p>　　裂縫深度遠(yuǎn)大于一般混凝土壩 因內(nèi)外溫差引起的表面裂縫 ;

51、</p><p>　　2 溫度應(yīng)力主要是 由兩岸巖基約束所引起 的結(jié)構(gòu)性應(yīng)力 ,裂縫多發(fā)生在最關(guān)鍵 的</p><p>　　拱冠和拱端的高應(yīng)力區(qū);</p><p>　　3 裂縫面大多垂直于水平拱的傳力方向,對拱向受力結(jié)構(gòu)有較大影響。</p><p>　　本文基于此主要討論拱壩溫度裂縫的控制 問題 。進(jìn)一步地 ,拱壩 中的溫度裂縫按形形<

52、/p><p>　　成原因大致分成三種 : 第一種是內(nèi)外溫差引起的表面裂縫 ,其作用的深度淺,對整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　危害較小。雖然這些裂縫在初始階段深度不大,但隨著時間的推移 以及不利荷載組合 的作</p><p>　　用 ,裂縫會進(jìn)一步發(fā)展,其深度可達(dá)數(shù)米 ,直接影響著建筑物的安全運行 ,當(dāng)平行于壩軸</p><p>　　方 向的基礎(chǔ)貫

53、穿裂縫或深層裂縫一旦形成 以后 ,破壞 了結(jié)構(gòu) 的整體性 ,改變 了設(shè)計安排 的</p><p>　　應(yīng)力分布 圖形 ,改變 了壩體 的受力條件 ,從而有使局部甚至整體發(fā)生破壞 的可能 。第二種</p><p>　　是混凝土溫度變形受底部基巖約束引起裂縫 ,它通常發(fā)生在壩下部,應(yīng)控制該部分混凝土</p><p>　　的澆筑溫度 。第三種是壩體沿拱 向溫度收縮變形受兩

54、岸基巖約束而產(chǎn) 生 的徑 向裂縫 : 這種</p><p>　　裂縫作用深度大 ,往往會擴(kuò)展到壩體 內(nèi)部 ,對拱壩安全性有嚴(yán)重影響 。拱壩 中每一條裂縫</p><p>　　危害的程度又與該裂縫 的位置 、深度和縫周圍的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān) ,其 中發(fā)生在拱端或拱冠高</p><p>　　應(yīng)力 區(qū)的深層裂縫對安全造成 的損害最大 。</p><p>

55、　　當(dāng)拱壩 由于溫度變化產(chǎn)生裂縫后 ,若壩 的柔度不足 以使裂縫 閉合 ,則壩體被分成若干1 緒論</p><p>　　段 ,破壞 了拱壩超靜定結(jié)構(gòu)的全壩連續(xù)性傳力性能。若不對裂縫進(jìn)行有效控制,可能對拱</p><p>　　壩的整體穩(wěn)定性造成嚴(yán)重破壞,危機(jī)壩體安全 。</p><p>　　因此 ,對于碾壓混凝土壩 ,特別是碾壓混凝土拱壩 ,預(yù)防和控制裂縫是一項非常重

56、要</p><p><b>　　的課題 。</b></p><p>　　1.2.3 控制溫度裂縫的主要措施</p><p>　　隨著越來越高的大壩的興建,溫度裂縫對高碾壓混凝土拱壩的危害進(jìn)一步增大,迫切</p><p>　　要求從理論上加強對壩體裂縫開裂條件及規(guī)律 的分析,并尋求更有效的控制裂縫 的措施 。</p&

57、gt;<p>　　在整體式連續(xù)上升的碾壓混凝土壩中,對溫度應(yīng)力引起的無序裂縫等一系列問題 ,存</p><p>　　在著從材料 、施工、結(jié)構(gòu)等幾種不 同的角度 的解決方法 。例如 ,從材料方式上,控制混凝</p><p>　　土 中的水泥用量,使用 中熱水泥 : 從施工方式上,在施工中預(yù)冷骨料或冷卻拌合水 ,或摻</p><p>　　冰屑拌合,或 向攪

58、拌機(jī) 內(nèi)噴射液體氮等 ; 從結(jié)構(gòu)方式上 ,設(shè)置收縮縫或誘導(dǎo)縫 ,使裂縫按</p><p>　　人為設(shè)定的方 向發(fā)展 ,防止無規(guī)則溫度裂縫的出現(xiàn) ‘ ’ 3, ,在收縮縫或誘導(dǎo)縫處要設(shè)置止水 ,</p><p>　　同時保證可 以進(jìn)行接縫灌漿 。對于 100m 以上的高碾壓混凝土拱壩,除了從材料和施工方</p><p>　　式上采取措施外,主要依靠 “結(jié)構(gòu)方式 ”來防

59、止壩體的無序開裂。下面主要討論結(jié)構(gòu)方式</p><p><b>　　上的控制措施 。</b></p><p>　　雖然碾壓混凝土拱壩一般不設(shè)置常規(guī)拱壩 中那種密集的橫縫 , 但也可 以設(shè)置無抗拉強</p><p>　　度的常規(guī)橫縫。碾壓混凝土拱壩中的橫縫布置與常規(guī)拱壩不同,它的縫距很大,否則就無</p><p>　　法形

60、成大倉面的碾壓施工。橫縫的優(yōu)點是沒有抗拉能力,能確保實現(xiàn)疏散拱壩的溫度應(yīng)力</p><p>　　的 目的。但也存在妨礙碾壓混凝土壩的通倉澆筑 ,給施工帶來不便的缺點。而且拱壩依靠</p><p>　　拱傳力的特點決定了拱壩 中如設(shè)置橫縫 ,當(dāng)蓄水到橫縫所在高程時,橫縫 內(nèi)必須灌漿,以</p><p>　　保證拱壩 的整體性 。因此 ,拱壩上部高程容易實現(xiàn)封拱灌漿條件

61、的位置常常會設(shè)置常規(guī)橫</p><p>　　封 。正因為考慮到施工因素,國內(nèi)外很多的碾壓混凝土拱壩采用誘導(dǎo)縫方案,所謂誘導(dǎo)縫</p><p>　　就是在壩里可能發(fā)生裂縫 的橫截面預(yù)先設(shè)置 的人工縫 。 它有一定的抗拉強度 , 但強度較低 。</p><p>　　通過人為地在壩體 中構(gòu)造薄弱面 ,當(dāng)溫度全面下 降時, 誘導(dǎo)縫所在的薄弱斷面能首先拉開,</p>

62、;<p>　　目的是把開裂區(qū)集 中到誘導(dǎo)縫斷面上 ,從而達(dá)到消散壩體應(yīng)力、引導(dǎo)溫度裂縫按預(yù)定要求</p><p>　　開裂、控制裂縫發(fā)展方 向,保護(hù)其周圍壩體不再產(chǎn)生裂縫 的 目的。只有 當(dāng)誘導(dǎo)縫斷面的應(yīng)</p><p>　　力值超過其等效抗拉強度 時,誘導(dǎo)縫才會張開或發(fā)揮作用 。</p><p>　　誘導(dǎo)縫 的構(gòu)成是在壩體橫截面上按一定規(guī)律埋設(shè)的誘導(dǎo)

63、板, 該誘導(dǎo)板部分地切斷混凝</p><p>　　土 的聯(lián)系 ,使誘導(dǎo)縫斷面的連接面積減小,形成部分削弱的非連續(xù)人工橫縫 。一方面,誘</p><p>　　導(dǎo)縫 中的誘導(dǎo)板會使誘導(dǎo)縫縫尖 附近 的拉應(yīng)力數(shù)倍 的放大 。當(dāng)拱 向拉應(yīng)力增大到一定數(shù)值</p><p>　　時,裂縫將 首先從誘導(dǎo)縫 的位置產(chǎn)生,釋放掉壩體 內(nèi)的能量 ,松弛鄰近區(qū)域 的應(yīng)力 ,控制</

64、p><p>　　和 引導(dǎo)溫度裂縫按預(yù)定要求開裂 ,避免產(chǎn)生無規(guī)則 的裂縫 。另一方面 ,壩體并未完全斷開 ,</p><p>　　尚能傳遞部分拉應(yīng)力和壓應(yīng)力 。并且誘導(dǎo)縫 中設(shè)有止水和灌漿管 ,開裂后 能選擇適 當(dāng)時機(jī)</p><p>　　進(jìn)行灌漿 ,可保證大壩在運行期 的完整性 【 “’ 。</p><p>　　實際工程 中誘導(dǎo)縫和橫縫結(jié)合的方

65、案則有較大的靈活性和可靠性, 可使裂縫在預(yù)定部西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　位發(fā)生,這給工程處理帶來方便和可能。在施工期,誘導(dǎo)縫的作用不明顯,大部分誘導(dǎo)縫</p><p>　　在運行期張開; 橫縫在施工期的作用明顯,大部分橫縫張開,對消減兩岸壩肩拉應(yīng)力起 了</p><p>　　很大作用 。橫縫與誘導(dǎo)縫相結(jié)合 的形式是比較理想的處理方式,可 以提高

66、Rc c 拱壩 的抗</p><p>　　裂安全度 ,這些年來一直廣泛應(yīng)用 。</p><p>　　1.3 國內(nèi)外誘導(dǎo)縫研究現(xiàn)狀和存在的主要問題</p><p>　　為了控制壩體的裂縫 ,國內(nèi)外 己建成的碾壓混凝土拱壩 中普遍設(shè)置了誘導(dǎo)縫 。拱壩 中</p><p>　　的誘導(dǎo)縫僅部分地削弱所在橫截面 ,壩體實際上并未完全斷開,因而它仍保 留

67、了一部分甚</p><p>　　至大部分抗拉強度 ,在誘導(dǎo)縫被拉斷之前 ,尚能傳遞部分拉應(yīng)力和壓應(yīng)力 ,壩體應(yīng)力分布</p><p>　　不受誘導(dǎo)縫存在的影響,保證 了拱壩 的整體性 。并且誘導(dǎo)縫設(shè)有止水和灌漿管,開裂后能</p><p>　　選擇適 當(dāng)時機(jī)進(jìn)行灌漿 ,可保證拱壩在運行期的完整性 。</p><p>　　在工程 實踐方面 ,南

68、非 的尼爾波特Kn el lP oo rt 拱壩和沃爾威坦斯wo lwe dnas 拱壩沿</p><p>　　拱圈每隔 10m 設(shè)置一條誘導(dǎo)縫 ,在上下游之 間按 10m 高的間距設(shè) 的誘導(dǎo)縫是導(dǎo) 向縫 ,其</p><p>　　目的是引導(dǎo)溫度裂縫沿壩體橫截面發(fā)生。燦 ell poo rt 壩誘導(dǎo)縫形式采用空隙形誘導(dǎo)縫 ,用</p><p>　　25 Ollun

69、寬的兩層塑料板隔斷混凝土形成 。Wo lwd en as 則采用片狀誘導(dǎo)縫通過導(dǎo) 向縫形成碾</p><p>　　壓混凝土 中的不連續(xù)縫面 ,然后對大壩進(jìn)行分層壓力灌漿 ,封堵這些不連續(xù)的裂縫 ,使其</p><p>　　結(jié)合 。由于壩體應(yīng)力狀態(tài)和開裂情況的復(fù)雜性 ,設(shè)計者保守的選擇 了 “密 間距誘導(dǎo)縫 ”方</p><p><b>　　案 。</

70、b></p><p>　　普定碾壓混凝土拱壩設(shè)置 3 條可 以重復(fù)灌漿 的誘導(dǎo)縫 , 沿拱 圈此 3 條誘導(dǎo)縫將壩體分</p><p>　　成 30 、55 、80 、31 .04 In 四段 ,按雙 向間隔的形式布置,沿水平方 向誘導(dǎo)縫之間間距 3.0m ,</p><p>　　高度方 向間距 0.60m ,即每 2 個碾壓層埋置 1 層多孔誘導(dǎo)板 ,誘導(dǎo)板

71、采用兩塊對接 的預(yù)制</p><p>　　多孔混凝土板連接而成 ,板長 1.0m ,高 0.30m 。在兩塊 多孔板混凝土之 間埋設(shè)直徑為 25 llun</p><p>　　的灌漿管 ,灌漿系統(tǒng)在壩里分區(qū)進(jìn)行 ,在埋設(shè)誘導(dǎo)縫的碾壓層碾壓施工完成后 ,挖溝掏槽</p><p>　　埋設(shè)多孔混凝土板 ,并在上下游 的常態(tài)混凝土 中設(shè)有誘導(dǎo)腔 。</p>

72、<p>　　2003 年建成 的沙牌碾壓混凝土拱壩選擇 了兩條誘導(dǎo)縫和兩條橫縫相結(jié)合 的方案 。誘</p><p>　　導(dǎo)縫在橫截面上呈雙 向間隔形式 ,縫長與間距不等布置,沿水平方 向間距 1.5m ,沿高度</p><p>　　方 向間距 0.6m,即兩個碾壓層設(shè)一層誘導(dǎo)縫 。灌漿 區(qū)高度為 6.om,采用兩塊對接重力式</p><p>　　混凝土預(yù)制

73、板組裝形成 ,板長為 1.0m ,高度為 0.30m ,靠近上游面壩體中誘導(dǎo)縫 由三對板拼裝 ,故形成誘導(dǎo)縫尺寸為 3.0x o.3m ,靠近下游面壩體中誘導(dǎo)縫 由兩對板拼裝 ,此處誘導(dǎo)縫尺寸為 2.0 x o.3m ,造縫 的工作量相對集 中,全斷面碾壓施工 ,灌漿 區(qū)形成一個 自封</p><p>　　閉區(qū),并在上下游面設(shè)有誘導(dǎo)腔 。</p><p>　　在數(shù)值分析方面 ,為了研究誘導(dǎo)

74、縫有限元 自適應(yīng)算法 ,中交水運規(guī)劃設(shè)計 院的張雪虎 、</p><p>　　天津大學(xué) 的張社榮等建立 了面相關(guān)單元 、線 棱相關(guān)單元和單元細(xì)分的相關(guān)級差 的概念 ,</p><p>　　利用兩種任意結(jié)點數(shù)的三維等參單元和兩種任意結(jié)點數(shù)的二維等參單元 的研究結(jié)果 ,在相</p><p>　　關(guān)級差等于 1 的約束下 ,建立 了任意加密有 限元剖分 網(wǎng)格 的三維隨機(jī)有

75、 限元 自適應(yīng)算法 。</p><p>　　將上述研 究結(jié)果應(yīng)用于拱壩誘導(dǎo)縫 的理性設(shè)置? 先進(jìn)行拱壩溫度應(yīng)力裂縫 的計算 ,然后</p><p><b>　　41 緒論</b></p><p>　　參照這些裂縫的位置和產(chǎn)狀設(shè)置誘導(dǎo)縫,再重新計算設(shè)置了誘導(dǎo)縫 的大壩 ,則出現(xiàn)新的雜</p><p>　　亂無序裂縫的概率降

76、低了 20 %。</p><p>　　清華大學(xué)曾昭揚在誘導(dǎo)縫開裂數(shù)值分析 中,用斷裂力學(xué)理論 中鈍裂縫帶模型編制 了</p><p>　　C FC P 程序,采用三角形的常應(yīng)變單元 。該程序在計算中根據(jù)誘導(dǎo)縫尖端的裂縫區(qū)網(wǎng)格的</p><p>　　大小,主動調(diào)整混凝土軟化變形 曲線軟化段的斜率,以保持?jǐn)嗔涯懿蛔?。并在誘導(dǎo)縫所在</p><p>

77、;　　單元改換材料參數(shù),用誘導(dǎo)縫等效強度代替混凝土的原始強度,將所得到的結(jié)果反映誘導(dǎo)</p><p>　　縫對橫截面強度的削弱和誘導(dǎo)縫對整個大壩應(yīng)力場的影響。根據(jù) 以上理論,在用該有限元</p><p>　　程序分析沙牌拱壩時,誘導(dǎo)縫所在橫截面削弱度 a 20% ,誘導(dǎo)縫所在單元在垂直縫面方 向</p><p>　　上抗拉強度折減 40% ,其他方 向強度不變,該單

78、元的單元剛度折減 20% ,誘導(dǎo)縫所在單元</p><p>　　的熱學(xué)參數(shù)保持不變 。經(jīng)過這樣處理后的計算結(jié)果不受劃分單元大小的影響?！?8’</p><p>　　大連理工大學(xué)的趙 國藩院士和宋玉普教授共同負(fù)責(zé)的 “九五”攻關(guān)項 目 《沙牌碾壓混</p><p>　　凝土拱壩應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程仿真分析》項 目組結(jié)合壩體各參數(shù)的變化規(guī)律編制 了能夠考慮混</p>

79、;<p>　　凝土開裂損傷的三維有限元仿真分析程序 , 對沙牌拱壩在施工期和運行期的應(yīng)力場進(jìn)行 了</p><p>　　分析 ,同時分析 了誘導(dǎo)縫在施工期和運行期的開裂狀況 。【 ’ ‘ ’</p><p>　　西安理工大學(xué)的楊雙超等人根據(jù)誘導(dǎo)縫的特點,在 已有的研究成果上,提出了誘導(dǎo)縫</p><p>　　在碾壓混凝土拱壩溫度應(yīng)力場仿真分析中的模擬方

80、法,采用 “三維有 限元浮動網(wǎng)格法 ”編</p><p>　　制 了含誘導(dǎo)縫的碾壓混凝土拱壩溫度應(yīng)力場三維有限元仿真計算程序 【 22, 。該程序能夠反</p><p>　　映在不同位置設(shè)置誘導(dǎo)縫對壩體施工期、運行期溫度應(yīng)力場的影響。在保證計算精度的前</p><p>　　提下減小 了工作量 。</p><p>　　河海大學(xué)的顧愛軍 ‘ ’

81、5,等借助大型通用有 限元軟件 A N SY S 計算軟件對碾壓混凝土拱</p><p>　　壩誘導(dǎo)縫的工作機(jī)理和作用進(jìn)行 了探討, 用線彈性斷裂力學(xué)方法從局部分析了誘導(dǎo)縫的設(shè)</p><p>　　置 問題 ,指出短縫短間距誘導(dǎo)縫 比長縫長 間距合理,雙 向間隔誘導(dǎo)縫 比單 向間隔合理 ,并</p><p>　　提 出斜 向布置誘導(dǎo)縫或增加縫端應(yīng)力集 中系數(shù) 的方案

82、 。</p><p>　　近一二十年來 ,隨著計算機(jī)技術(shù)的 日新月異和圖形圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展 ,依靠大</p><p>　　型有 限元商業(yè)軟件 A N SY S 的二次開發(fā)技術(shù)和其強大的前后處理功能計算混凝土 的開裂</p><p>　　情況 ,模擬碾壓混凝土拱壩誘導(dǎo)縫研究也是越來越多。但是這種通用性很強的大型結(jié)構(gòu)分</p><p>　　

83、析軟件 ,對于大體積混凝土溫控防裂研究來說 ,仍需要做大量 的工作 ,如合理的建立符合</p><p>　　工程實際的有 限元計算模型,進(jìn)行各種工況的仿真模擬 ,計算結(jié)果的方便提取和可視化等</p><p><b>　　等 。</b></p><p>　　1.4 本論文的主要研究內(nèi)容</p><p>　　本文 以碾壓混凝

84、土拱壩誘導(dǎo)縫布置形式研究為主導(dǎo) ,結(jié)合實際工程進(jìn)行 了某碾壓混凝</p><p>　　土拱壩三維有 限元計算分析 ,并通過計算分析提 出合理 的誘導(dǎo)縫布置形式 ,為工程設(shè)計提</p><p>　　供參考 。本文所完成 的主要工作有 以下幾個方面 :</p><p>　　1 國內(nèi)已建或在建碾壓混凝土拱壩誘導(dǎo)縫布置形式 的調(diào)研 、分析 ;</p><

85、p>　　2 建立沒有設(shè)置誘導(dǎo)縫 的拱壩整體有限元模型,研究拱壩在各種荷載下的應(yīng)力分</p><p>　　5西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　布情況 ,分析裂縫的實際分布及局部應(yīng)力狀況,進(jìn)行整體評價;</p><p>　　3 建立設(shè)置誘導(dǎo)縫的拱壩整體有限元模型,計算分析壩體的應(yīng)力和變形,特別是</p><p>　　誘導(dǎo)縫周邊

86、的應(yīng)力分布 ,分析壩體設(shè)置誘導(dǎo)縫對壩體的影響;</p><p>　　4 對不同誘導(dǎo)縫布置形式下的拱壩進(jìn)行有限元模擬分析 ,得出壩體應(yīng)力隨誘導(dǎo)縫</p><p>　　布置形式、削弱度的變化規(guī)律;</p><p>　　5 總結(jié)拱壩誘導(dǎo)縫不同的布置形式對壩體應(yīng)力的影響規(guī)律 ,為相關(guān)工程的設(shè)計提</p><p>　　供有價值的參考和合理的建議 。&l

87、t;/p><p>　　1.4 本論文的研究意義</p><p>　　碾壓混凝土筑壩的諸多優(yōu)點,使得它在近幾十年的筑壩實踐中得到飛速發(fā)展,但在許</p><p>　　多工程中都不可避免的出現(xiàn)不同程度 的溫度裂縫 。由于拱壩壩體應(yīng)力狀態(tài)的復(fù)雜性和碾壓</p><p>　　混凝土材料的不均勻性, 壩體在溫度應(yīng)力作用下開裂時, 很難確定究竟哪個斷面首先開

88、裂,</p><p>　　所 以國內(nèi)外 己建成 的碾壓混凝土拱壩中普遍設(shè)置 了誘導(dǎo)縫來控制壩體的開裂 。理論上 ,誘</p><p>　　導(dǎo)縫一般設(shè)計在拱端和拱冠附近拉應(yīng)力較大的斷面,使其在壩體拉應(yīng)力增大時, 首先張開,</p><p>　　可 以充分發(fā)揮預(yù)期效果。但當(dāng)誘導(dǎo)縫未開裂時,由于其力學(xué)參數(shù)降低 ,相反增大了拱壩的</p><p>　

89、　最大拉應(yīng)力 ,因此壩 中誘導(dǎo)縫不宜布置在拱端及拱冠拉應(yīng)力最大 的部位 ,否則會破壞其約</p><p>　　束條件導(dǎo)致拱壩應(yīng)力條件惡化。</p><p>　　我們可 以看 出,實際拱壩工程 中誘導(dǎo)縫的縫距大小、位置、形式、以及削弱程度等都</p><p>　　沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識 。因此 ,綜合誘導(dǎo)縫形式、縫距及布置方式等所有 因素 ,對設(shè)置誘</p>

90、<p>　　導(dǎo)縫 的碾壓混凝土拱壩進(jìn) 行合理 的三維有 限元分析 ,并對誘 導(dǎo)縫不 同的布 置位 置和 不</p><p>　　同的削弱度對壩體 的影響進(jìn)行對 比分析 ,總結(jié)其規(guī)律從而使誘導(dǎo)縫更好的釋放拱壩壩體</p><p>　　的溫度應(yīng)力是十分必要 的 。2 有限元分析的基本理論</p><p>　　有限元分析的基本理論</p><

91、;p>　　1 有限元分析方法概述</p><p>　　有 限元法是在 20 世紀(jì)六七十年代發(fā)展起來的一種強有力的數(shù)值分析方法 ,其基本思</p><p>　　路是把連續(xù)介質(zhì)離散成有限個單元 【 6, ,便于在 電子計算機(jī)上進(jìn)行分析。利用有 限元法,可</p><p>　　以解決經(jīng)典的傳統(tǒng)的方法難 以解決或無法求解的許多實際問題 。因此有限元法在實際工程<

92、/p><p>　　中得到越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　、有 限元法應(yīng)用于拱壩具有下列優(yōu)點:</p><p>　　1 有 限元法不僅可 以分析一般的拱壩應(yīng)力 ,還可 以分析幾何形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 問題 。</p><p>　　2 可 以分析復(fù)雜基礎(chǔ)及其對拱壩應(yīng)力和穩(wěn)定的影響。</p><p>　　3 可 以分析壩體和基

93、礎(chǔ) 的非線性行為,如壩體和基礎(chǔ) 的開裂和破壞、接縫影響、</p><p><b>　　基礎(chǔ)處理的效果等。</b></p><p>　　4 可以模擬拱壩施工和運行過程,進(jìn)行施工期和運行期的仿真分析。</p><p>　　5 可以分析滲流場合溫度場及其對應(yīng)力的影響。</p><p>　　2. 2 有限元分析方法的基本過程&l

94、t;/p><p>　　有限元法一開始就對一個連續(xù)體用有限個坐標(biāo)或 自由度來近似地加以描繪。 一個離散</p><p>　　化的結(jié)構(gòu)可 由許多結(jié)構(gòu)單元組成 ,這些單元僅在有限個結(jié)點上彼此鉸結(jié)。每一單元所受的</p><p>　　已知體力和面力都按靜力等效原則移置到結(jié)點上 ,成為結(jié)點荷載 。計算通常采用位移法 ,</p><p>　　取結(jié)點的未知位移

95、分量 6 e為基本未知量 。為了在求得結(jié)點位移后可求得應(yīng)力,必須建</p><p>　　立單元 中應(yīng)力與結(jié)點位移的關(guān)系,由應(yīng)力轉(zhuǎn)換矩陣【 S1 表達(dá) 。</p><p>　　首先利用 彈性 力 學(xué) 的幾 何方 程 寫 出單元應(yīng) 變 與 結(jié) 點位 移 的關(guān) 系矩 陣[B] ,即</p><p>　　間‘一同例“ 2. l</p><p>　　再

96、 由材料 的本構(gòu)關(guān)系 即物理方程 ,得到單元彈性矩 陣「 DJ ,從而推 出用結(jié)點位移表</p><p><b>　　示單元應(yīng)力表達(dá)式</b></p><p>　　行“一[D ]偽‘一[D ][B ]伍‘一[S ]協(xié)“ 2.2</p><p>　　式 中 [S] [D ][B 」。</p><p>　　然后考慮結(jié)點平衡求

97、得單元結(jié)點力與結(jié)點位移的關(guān)系,由矩陣[kl e表示,稱單元剛度</p><p>　　矩 陣。根據(jù)虛功原理或最小勢能原理 平衡條件 ,也可導(dǎo) 出用結(jié)點位移表示結(jié)點力 的表</p><p><b>　　達(dá)式</b></p><p>　　洲“ 一伽 獷 腳卜拯dydz 釁 一[l]e 協(xié)‘</p><p><b>　

98、　2.3</b></p><p>　　其中,單元剛度矩陣[^1e 伽 r回防拯秘 ?回 回間V 2.4 </p><p>　　利用虛功原理 或變分原理 可 同時導(dǎo)出單元等效結(jié)點力F“。</p><p>　　有 限元法是應(yīng)用局部 的近似解來建立整個定義域 的解 的一種方法 。 先把注意力集 中在西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p&

99、gt;　　單個單元上,進(jìn)行上述所謂的單元分析?；厩疤崾敲恳粏卧M可能小,以致其邊界值</p><p>　　在整個邊界上的變化也是小的。這樣 ,邊界條件就能取某一在結(jié)點間插值 的光滑 函數(shù)來近</p><p>　　似 ,在單元 內(nèi)也容易建立簡單的近似解 。因此,比起經(jīng)典的近似法 ,有 限元法具有明顯的</p><p>　　優(yōu)越性。比如經(jīng)典的 形tz 法 ,要求選取

100、一個函數(shù)來近似描述整個求解區(qū)域 中的位移,并</p><p>　　同時滿足邊界條件 ,這是相當(dāng)困難的。而有限元法采用分塊近似 ,只需對一個單元選擇一</p><p>　　個近似位移函數(shù) ,且不必考慮位移邊界條件,只須考慮單元之間位移的連續(xù)性即可 。對于</p><p>　　具有復(fù)雜幾何形狀或材料、荷載有突變的實際結(jié)構(gòu) ,不僅處理簡單 ,而且合理適宜 。</p&

101、gt;<p>　　在經(jīng)逐個單元 逐個結(jié)點 疊加其貢獻(xiàn)予 以集合后,生成結(jié)構(gòu)剛度矩 陣[K] 、荷載列</p><p>　　陣F和結(jié)構(gòu)結(jié)點位移列陣 6 ,并利用平衡條件建立表達(dá)結(jié)構(gòu)的力一位移 的關(guān)系式,即</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)剛度方程 :</b></p><p><b>　　區(qū)F 一例</b><

102、;/p><p><b>　　2.5</b></p><p>　　考慮幾何邊界條件作適當(dāng)修改后,求解上式所示的高階線性代數(shù)方程組 ,得到結(jié)構(gòu)所</p><p>　　有 的未知結(jié)點位移 。最后利用式 2 .2 和 已求 出的結(jié)點位移計算各個單元 的應(yīng)力 ,并經(jīng)</p><p>　　后處理軟件整理 、顯示計算結(jié)果 。</p&

103、gt;<p>　　單元 內(nèi)任一 點位移與結(jié)點位移 的關(guān)系 ,則 由下列位移模式確定 。</p><p>　　在三維空間中每個結(jié)點有 3 個位移分量,因此一個單元共有 24 個位移分量,占e是結(jié)</p><p><b>　　點位移 向量 。</b></p><p>　　姚 爪 風(fēng) 戈 凡 風(fēng) 氏 風(fēng)</p><p

104、><b>　　u, </b></p><p><b>　　占e </b></p><p>　　占 之 丫 ? ‘ 一 ‘ , 2, 3, ‘ , , , 6, 7, 8’ 2? 6,</p><p><b>　　L哄」</b></p><p>　　在有限元法中位移模式或稱

105、位移函數(shù)一般采用多項式作為近似函數(shù),因為多項式運算</p><p>　　簡便,并且隨著項數(shù)的增加,可 以逼近任何一段光滑 的函數(shù) 曲線。多項式的選取應(yīng) 由低次</p><p>　　到高次,對于各 向同性材料選取 的多項式應(yīng)對稱 。</p><p>　　選取三維六面體 8 結(jié)點單元 的位移模式為:</p><p>　　u 二鄉(xiāng)1+ 刀Zx +

106、刀3少+ 刀42 + 刀5劃 + 刀6聲 + 月7zx + 月s習(xí)z</p><p><b>　　2.7</b></p><p>　　v 月9+ 月l。 x + 月11夕+ 月122 + 月13砂 + 月14聲 + 月15zx + 月16那</p><p>　　w 刀, 7+ 月18x + 刀1夕 夕+ 刀2。 z + 刀21劃 + 刀22

107、聲 + 刀23“ + 刀24那</p><p>　　單元 內(nèi)的位移是坐標(biāo) x、y、Z 的線性 函數(shù) 。 p l一 p Z;是待定系數(shù) ,稱之為廣義坐標(biāo) ,</p><p>　　把單元結(jié)點上 已知 的 24 個位移值代入 2.7 就得 p , 一 p Z。的值 。然后將 p , ~ p Z;代 回到式2 有限元分析的基本理論 2 .7 中, 再結(jié)合式2 .5 和2 .6 可以把位移模式羨示成

108、由單元結(jié)點位移值插值的表達(dá)式,</p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　2.8</b></p><p><b>　　u 刀占“</b></p><p>　　N 區(qū) 從 叢 戈 叢 戈 叢 從</p><p>　　從 IN,

109、 i l, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 </p><p>　　eeesseeseeL廣 卜 leseses</p><p><b>　　lnU11?</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　l了 一 一</b></p>

110、<p><b>　　o</b></p><p><b>　　1」</b></p><p>　　式中 N、 是位移插值函數(shù) ; N 就是位移插值函數(shù)矩陣; 工是單位矩陣。</p><p>　　插值函數(shù)應(yīng)具有如下特征</p><p><b>　　2.9</b><

111、/p><p>　　藝從x, y, :?,</p><p>　　從 。 了 , yj,動? 氏 一 ;翠</p><p>　　式中氏為Kr on ecke r 算子。</p><p>　　2.3 混凝土非線性分析的基本原理</p><p>　　2.3.1 材料非線性有限單元法</p><p>　　固體

112、力學(xué)問題的控制方程包括幾何方程、物理方程和平衡方程。材料非線性問題是指</p><p>　　物理方程為非線性的情況。材料非線性分為兩種 ,一種是非線彈性,其特點是 : 應(yīng)力應(yīng)變</p><p>　　關(guān)系是非線性的,但當(dāng)應(yīng)力消失后應(yīng)變也隨之消失,應(yīng)力應(yīng)變 間的對應(yīng)關(guān)系是唯一的,與</p><p>　　加載歷程無關(guān) ; 另一種是彈塑性 問題 ,其特點是: 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某個

113、界限后 ,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系</p><p>　　是非線性的,應(yīng)力去掉后應(yīng)變不能完全消失,應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不是唯一的,與加載歷程有關(guān)。</p><p>　　混凝土材料是非線性材料 ,主要有兩種本構(gòu)關(guān)系 : 以非線彈性 的增量式本構(gòu)關(guān)系和 以</p><p>　　經(jīng)典塑性理論為基礎(chǔ)的彈全塑性混凝土斷裂本構(gòu)模型 。材料非線性 問題 ,由于應(yīng)力應(yīng)變關(guān)</p><

114、p>　　系是非線性的,這對于微分方程 的準(zhǔn)確求解在數(shù)學(xué)上帶來一定的困難 。只有極少數(shù) 的簡單</p><p>　　問題才有準(zhǔn)確解 ,而對于形狀較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)往往缺乏求解方法 。所 以我們一般采用有 限</p><p>　　單元法處理材料非線性 問題 。其有 限元列式為:西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　[K]一J:[B]丁[幾][B]d。 2.10

115、</p><p>　　【 K 占R 、 2.11</p><p>　　式叫馬一非線性材料的本構(gòu)矩陣,根據(jù)具體材料的本構(gòu)關(guān)系理論建立【 馬1。</p><p>　　2.3.2 混凝土強度多參數(shù)準(zhǔn)則</p><p>　　混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的非線性分析中的一個重要問題是建立混凝土強度準(zhǔn)則。 所謂強度</p><p>　　準(zhǔn)則是

116、指混凝土結(jié)構(gòu)在承載過程 中材料本身的應(yīng)力達(dá)到某一值時即認(rèn)為結(jié)構(gòu)遭到破壞 。 就</p><p>　　混凝土材料而言 ,這一臨界值是客觀存在 的,但是 由于混凝土材料 自身組成 的復(fù)雜性 ,這</p><p>　　一數(shù)值又具有較大的離散性和隨機(jī)性。因而,很難得到能滿足各種應(yīng)力條件的統(tǒng)一 的強度</p><p><b>　　準(zhǔn)則 。</b><

117、/p><p>　　研究表 明: 在單 向應(yīng)力狀態(tài)下,建立強度破壞條件是比較容易的,但在復(fù)雜應(yīng)力條件</p><p>　　下,如何建立強度破壞條件一直是個研究中的問題。試驗己經(jīng)證明混凝土多軸強度在壓應(yīng)</p><p>　　力為主的狀態(tài)下 明顯提高 ,大大高于其單軸強度; 而在拉壓應(yīng)力共 同作用時,其各 向強度</p><p>　　都有可能低于其單軸

118、強度 。因而建立混凝土強度準(zhǔn)則模型的意 圖是能盡可能地概括不同受</p><p>　　力狀態(tài)下混凝土的強度破壞條件。建立混凝土在復(fù)雜應(yīng)力下的強度準(zhǔn)則,首先需了解破壞</p><p>　　的意義; 對于不同情況,如開始開裂、屈服、極限強度等都可定義為破壞。對于混凝土強</p><p>　　度準(zhǔn)則來說,一般是指極限強度而言?；炷恋膯屋S拉力、壓力和剪力強度不能反映混凝&

119、lt;/p><p>　　土破壞強度的普遍情況。 混凝土強度理論通常采用空間坐標(biāo)的破壞曲面來描述混凝土的破</p><p>　　壞情況,因而,混凝土強度準(zhǔn)則就是建立混凝土空間坐標(biāo)破壞曲面的規(guī)律。</p><p>　　不 同的學(xué)者根據(jù)混凝土多軸應(yīng)力下 的破壞試驗成果 ,先后提 出了不 同的破壞準(zhǔn)則 。這</p><p>　　些準(zhǔn)則中,包含較