裂缝对混凝土重力坝动力特性及动力承载力影响的研究

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1、分类号TU313学位代码308密级GK学校代码10298学号3120203岛京林泚大学士研究生论文题目：裂缝对混凝土重力坝动力特性及动力承载力影响的研究作者：苗超专业：结构工程研究方向：工程结构计算理论及应用指导教师：孙敦本高工二〇一五年六月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担

2、。学位论文作者（本人签名）：爲部年f月%曰学位论文出版授权书本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》（以下简称“章程”，见WWW.cnki.net)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。论密级：〇4开□保密（_年_月至_年_月）（係密的#佐讼式在

3、辦密后裘違守此你作者签名：_Mk导师签名:MiC年—^月」L日致谢本文是在导师孙敦本的悉心指导下完成的。从论文的选题、研究方案的定制、论文的修改和定稿，无一不倾注着导师大量的心血。值此论文即将付梓之际，向导师致以真诚的谢意。导师在学术上的严谨思维以及睿智大度的处事风格从学识上、人生上都给予学生以极大的启迪，是值得终身收藏的财富。感谢郑晓燕老师为论文初稿提出的指导意见！感谢苏毅老师对论文的指导！在两位老师的帮助下，论文的质量得到了很大的提高。在写本文的过程中，同门的朱晓蕾在论文建模方面为我提供了很大的帮助，在此感谢！另外感谢在论文撰写过程中给我提供了帮助的陈广生

4、、侯晓旦、钱茂华。感谢周豪同学在论文写作过程中给予的精神上的鼓励！我还要感谢我的同窗，邹敏威、吴勇、郭潇艺、王建宇、沈君、徐春晖、沈玉蓉、包茜虹等人，愿友谊地久天长！最后感谢我的家人，你们是我前进的动力，是我人生的根基！作者：苗超二〇一五年五月摘要在实际工程中，无论采取怎样的裂缝预防控制措施，混凝土重力坝依然会带裂缝运行，因此裂缝对坝体动力特性和承载力的影响成为重力坝建设必须要考虑的问题。裂缝属于损伤的范畴，本文主要从损伤分析着手，重点研究重力坝损伤与坝体动力特性及承载力的关系。目前，线弹性分析的大坝动力特性及承载力体系较为成熟，而针对地震高发区混凝土重力坝损

5、伤情况下的动力特性和承载力分析还处于探索阶段，相关研究还比较少。本文基于大型有限元软件ABAQUS对大坝进行动力损伤分析，找出大坝的破坏范围并计算破坏区域的区域损伤程度，然后赋予破坏区域新的材料性质，求解大坝地震前、后自振特性的变化，进而对比得出损伤对坝体自振特性的影响。接着利用混凝土损伤塑性本构模型，通过简谐波激励，计算得出混凝土重力坝共振破坏形态与对应的极限塑性应变能，根据损伤状态能够确定重力坝地震反应主要按第一振型振动，根据塑性耗能能够确定该坝的损伤程度。本文用塑性应变能来表示剩余承载力，分析出损伤程度与剩余承载力的关系。本文还分别研究了不同阶频率及振型

6、与大坝损伤的关系。文中以Koyna重力坝为例，通过分析可以得出以下结论：1）通过不同幅值地震波的加载，观察出各阶频率对损伤的敏感度。重力坝的前两阶振动频率受损伤的影响比较大；对于低阶频率，地震加速度幅值越大，损伤越严重，重力坝损伤前后的频率改变也越大；而对于高阶的频率，重力坝损伤前后的频率大小改变已不太明显。2）从损伤的分析过程可以看出，地震持时对重力坝的损伤影响非常大，同一地震波加载过程中，损伤不断由外向内扩展，直至完全破坏。3）不同频率引起的共振破坏形态不同。荷载按第1阶频率共振对应的极限荷载幅值最小，同时坝体耗散的塑性应变能最大；重力坝的损伤是由第1阶自

7、振频率附近的波引起的，第2、3阶等更高阶的频率的波引起坝体损伤需要更大的波幅，目前已知的加速度幅值尚无法使第4阶频率产生共振。4）重力坝损伤后第1阶振型的位移变化量及振型应变能改变量可以描述损伤的状态。5）重力坝在损伤后获得一定的抗损伤能力，这种能力在损伤不大的情况下非常明显；先后加载波的顺序不同，其剩余承载力也不一样。大坝初始损伤越大，则塑性应变能越大，重力坝的剩余动力承载力就越小，当大坝达到临界破坏时，剩余承载力为0。6）重力坝在两阶不同外激励频率同时作用下，其产生的塑性应变能也远大于两阶频率单独作用时各自产生的塑性应变能之和，对于不同频率的加速度幅值的叠

8、加，产生的损伤裂缝并不等于它们各自损伤