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碾压混凝土坝钢纤维混凝土抗震加固措施研究

作　者: 何天福
导　师: 周晶；金峤
学　校: 大连理工大学
专　业: 水工结构工程
关键词: 碾压混凝土重力坝抗震措施钢纤维混凝土动力模型实验 ABAQUS塑性损伤模型
分类号: TV642.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 231次
引　用: 2次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 研究背景  9-13
  1.2 国内外研究现状  13-16
  1.3 本文研究方法及主要内容  16-18
    1.3.1 论文的研究意义  16-17
    1.3.2 论文的主要工作  17-18
2 模型试验基本理论及模型设计  18-36
  2.1 相似准则  18-19
  2.2 试验设备和仪器  19-21
  2.3 模型设计  21-34
    2.3.1 模型材料  21-25
    2.3.2 比尺的确定  25
    2.3.3 地震输入  25-30
    2.3.4 传感器布置  30-34
  2.4 起裂加速度的影响因素  34-36
3 模型试验  36-70
  3.1 引言  36
  3.2 常规断面模型试验基本情况  36-38
    3.2.1 模型试验基本步骤  36-37
    3.2.2 试验工况  37
    3.2.3 模型坝体基频  37-38
    3.2.4 模型坝体阻尼比  38
  3.3 钢纤维混凝土材料特性研究及模拟方法  38-43
    3.2.1 构件试验  38-42
    3.2.2 钢纤维混凝土在模型试验中的模拟方法  42-43
  3.4 断面模型试验结果对比分析  43-68
    3.4.1 挡水坝段A-1与SF-1模型试验结果对比分析  43-50
    3.4.2 排砂坝段B-1与SF-2模型试验结果对比分析  50-56
    3.4.3 发电坝段C-1与SF-3模型试验结果对比分析  56-62
    3.4.4 溢流坝段D-1与SF-4模型试验结果对比分析  62-68
  3.5 小结  68-70
4 挡水坝段数值分析  70-90
  4.1 引言  70
  4.2 混凝土塑性损伤模型及其本构关系  70-74
  4.3 计算模型  74-77
    4.3.1 荷载  74-75
    4.3.1 计算程序说明及有限元模型  75-76
    4.3.2 裂缝的考虑方式  76-77
  4.4 无抗震加固措施数值计算结果分析  77-78
  4.5 计算工况  78-80
  4.6 采取钢纤维混凝土抗震措施后数值结果分析  80-88
    4.6.1 钢纤维混凝土抗震加固措施对坝体裂缝的影响  80-83
    4.6.2 钢纤维混凝土抗震加固措施对坝顶位移的影响  83-87
    4.6.3 钢纤维混凝土抗震加固措施对坝顶加速度放大倍数的影响  87
    4.6.4 钢纤维混凝土抗震加固措施对坝头起裂加速度的影响  87-88
  4.7 小结  88-90
5 结论与展望  90-92
  5.1 总结  90
  5.2 展望  90-92
参考文献  92-95
附录A 损伤区域示意图  95-97
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  97-98
致谢  98-99

碾压混凝土坝钢纤维混凝土抗震加固措施研究

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