设置诱导缝对混凝土拱坝应力及裂缝的影响研究

论文摘要

近年来,坝工界对碾压混凝土拱坝关键技术工程的科技攻关,并结合筑坝实践工程的深入研究,在理论和实践上已取得显著突破;然而,对运行期内设置诱导缝RCCD应力场与位移场分析研究,尚存在较多扑朔迷离之处。文中主要研究设置诱导缝对运行期RCCD应力场和裂缝影响分析,设置诱导缝已作为一种结构措施在许多大型水利工程中广泛应用,并取得了不错的应力释放效果,为描述其分析特点,文中采用非线性有限元分析方法,结合山口岩碾压混凝土拱坝工程,对设置不同诱导缝的碾压混凝土拱坝进行了运行期应力场仿真分析比较分析。文中探讨的诱导缝等效强度和应变准则理论,因诱导缝仅部分消弱了横截面强度,坝体实际上并未完全断开,坝体横截面尚保留了一定抗拉强度。根据诱导缝自身特点,在已有的研究成果基础上,对拱坝进行非线性有限元分析中,以ANSYS9.0为平台,运用参数化设计语言APDL,编制了含诱导缝的碾压混凝土拱坝空间应力非线性有限元仿真分析计算程序;并根据山口岩工程实际参数,计算了不设置诱导缝与两种设置诱导缝方案不同情况下该拱坝的应力场。经过对比分析,得出了诱导缝对碾压混凝土拱坝运行期应力场的影响结果,符合诱导缝对拱坝坝体应力场的影响规律,并得出RCCD半拱坝体形心或组合形心位置处设置诱导缝,有利于改善拱坝应力分布和缓解坝肩应力集中现象。本文还对碾压混凝土的开裂机理和裂缝模拟进行了研究和探讨,比较分析了各种混凝土裂缝计算模型,结合实际工程对RCCD进行裂缝开裂计算,描述并分析了超载下设与不设诱导缝RCCD坝体裂缝分布,得出设置诱导缝可较好地释放运行期RCCD坝肩应力效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 碾压混凝土拱坝发展概况
• 1.2 碾压混凝土拱坝发展趋势
• 1.3 拱坝结构设计特点
• 1.4 拱坝诱导缝设置及应力分析理论进展
• 1.4.1 碾压混凝土材料的本构模型及破坏准则
• 1.4.2 混凝土拱坝应力分析方法
• 1.4.3 碾压混凝土拱坝诱导缝设置及裂缝研究
• 1.5 课题研究来源及论文研究主要内容
• 1.5.1 课题研究来源
• 1.5.2 论文研究主要内容
• 第二章 混凝土非线性有限元分析基本理论及计算方法
• 2.1 混凝土本构关系模型
• 2.1.1 Ottosen全量式模型
• 2.1.2 Gerstle和Stankowski增量式模型
• 2.1.3 基于增量理论的硅弹塑性本构模型
• 2.2 混凝土多参数强度准则
• 2.2.1 Drucker-Prager准则与Ottosen四参数强度准则
• 2.2.2 William-Warnke五参数强度准则
• 2.3 非线性有限元分析方法
• 2.3.1 初应力法
• 2.3.2 变刚度法
• 2.3.3 增量综合法
• 第三章 碾压混凝土拱坝诱导缝及结构开裂分析研究
• 3.1 混凝土断裂损伤破坏机理
• 3.2 碾压混凝土拱坝诱导缝开裂研究
• 3.2.1 碾压混凝土拱坝诱导缝的设置
• 3.2.2 碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度与应变准则
• 3.2.3 诱导缝单元在碾压混凝土有限元分析中的实现
• 3.3 碾压混凝土开裂前后应力应变关系
• 3.3.1 混凝土拉裂应力应变关系
• 3.3.2 混凝土裂缝闭合与破坏后的应力应变关系
• 3.3.3 混凝土破坏后的应力释放问题
• 3.4 碾压混凝土结构分析的裂缝模型
• 3.4.1 断裂力学模型
• 3.4.2 离散裂缝模型
• 3.4.3 分布裂缝模型
• 第四章 基于ANSYS的混凝土拱坝非线性分析程序开发
• 4.1 ANSYS软件简介
• 4.2 ANSYS基本分析过程
• 4.2.1 创建有限元模型（/PREP7）
• 4.2.2 加载和求解（/SOLU）
• 4.2.3 查看结果（/POST1、/POST26）
• 4.2.4 评价分析结果
• 4.3 坝体、诱导缝、基岩以及接触面在ANSYS中的模拟
• 4.3.1 坝体、诱导缝、基岩在ANSYS中的模拟
• 4.3.2 接触面单元在ANSYS中的实现
• 4.4 基于ANSYS平台的APDL程序二次开发
• 4.4.1 ANSYS参数化设计语言
• 4.4.2 RCC拱坝有限元应力分析程序设计
• 第五章 山口岩碾压混凝土拱坝应力及裂缝计算分析
• 5.1 山口岩RCC拱坝工程概述
• 5.1.1 工程基本概况
• 5.1.2 拱坝形体设计参数
• 5.1.3 工程地质与材料参数
• 5.1.4 水文、气象参数及泥沙资料
• 5.2 RCC拱坝有限元分析模型
• 5.3 山口岩RCC拱坝坝体非线性有限元应力分析及裂缝追踪研究
• 5.3.1 作用荷载及其组合计算工况
• 5.3.2 未设置诱导缝RCC拱坝坝体应力场仿真计算及比较分析
• 5.3.3 设有诱导缝RCC拱坝应力场仿真分析
• 5.3.4 设置诱导缝RCC拱坝裂缝追踪分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果