深厚覆盖层上土石坝防渗墙损伤开裂精细化分析及防渗功能评价

混凝土防渗墙是覆盖层上土石坝坝基的关键防渗结构,由于防渗墙与覆盖层的刚度和尺度差异巨大,通常的数值分析方法难以保证精度,且现有基于强度的安全评价方法,无法适应防渗墙作为防渗结构而非承载结构的功能评价要求。本文提出了比例边界元-有限元耦合跨尺度离散、塑性损伤模型和内聚力模型分离描述压损伤和受拉开裂、破损后防渗功能目标评价的精细化分析方法,实现了深厚覆盖层上土石坝防渗墙的性态演化评价。研究结果表明:超深覆盖层上悬挂式防渗墙在两岸底部因近似垂直于岸坡的高压应力发生压损伤,类“外伸梁”的面内弯曲变形使靠近防渗墙两岸的顶部和底部区域产生坝轴向高拉应力导致槽段间出现竖向裂缝;在防渗墙两岸的上游侧局部设置辅助防渗措施,可有效降低防渗墙破损后的渗流量。本文方法揭示了混凝土防渗墙的损伤开裂模式,定位了防渗墙薄弱区域,评价了防渗墙损伤开裂对防渗功能的影响,量化防渗措施效果,实现了防渗墙从传统承载能力评价到功能性态评价的跨越,可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。

碾压混凝土拱坝诱导缝损伤开裂准则研究

混凝土宏观裂缝失稳扩展前 ,裂缝前缘存在较大范围的损伤区 ,使得线弹性断裂判据失效。本文采用虚拟裂缝模型和连续损伤力学方法 ,计算了断裂过程区的长度和损伤度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝构造特点 ,分别将诱导缝简化为穿透形裂缝和椭圆形裂缝 ,应用双K断裂准则 ,计算了诱导缝起始扩展和失稳扩展时的等效损伤度和等效应变 。

基于双线形软化黏聚区模型的混凝土路面损伤开裂及承载力分析

为探究混凝土塑性软化对混凝土路面损伤及承载力的影响,基于双线形软化黏聚区模型,结合ABAQUS有限元软件,对三点加载混凝土小梁试验全过程进行模拟.比较了单、双线形软化黏聚区模型,计算了应力比为0.15、0.25、0.35的双线形软化黏聚区模型的模拟误差,分析了Winkler地基上混凝土路面板从加载到断裂全过程的承载力和截面应力分布变化.结果表明,采用应力比为0.25的双线形软化黏聚区模型,小梁的加载力裂纹张开位移曲线模拟结果与试验结果一致,小梁和混凝土板的极限承载力分别出现在底部混凝土发生损伤和开裂阶段,混凝土板极限承载力大小为板底拉应力达到混凝土抗拉强度时的1.75倍,为板底刚开始出现宏观裂缝时的1.09倍.Winkler地基上的混凝土板加载破坏表现出脆性断裂特征.

混凝土跨尺度损伤开裂自适应宏细观递进分析方法

为准确分析混凝土损伤开裂的跨尺度演化过程,提出了一种自适应宏细观递进有限元分析方法.将分析模型划分为单一宏观尺度和宏细观多尺度2个区域,建立自适应分析尺度转换准则以动态更新区域范围.通过自适应建立与宏细观多尺度区域内宏观积分点关联的耦合体积细观有限元模型,实现非均匀宏观网格条件下的宏细观递进有限元分析.基于提出的分区均匀化的宏观损伤表征方法,实现混凝土损伤演化的跨尺度模拟.利用ABAQUS用户材料子程序接口UMAT,编制计算程序.结果表明,自适应宏细观递进有限元分析的自由度数量和CPU耗时分别约为全细观数值模拟的8.35%和17.57%.所提方法可在考虑混凝土细观结构的前提下,实现混凝土损伤开裂跨尺度演化的高效模拟.

沙牌碾压混凝土拱坝损伤开裂分析

碾压混凝土拱坝的温度裂缝与一般混凝土坝的温度裂缝有本质区别 .为了有效控制坝体开裂 ,要求分缝设计与应力场仿真分析密切结合 .因此进行了沙牌碾压混凝土拱坝三维非线性应力场的全过程仿真分析 ,在此基础上对拱坝在不同分缝情况下的损伤开裂行为进行了研究 .计算中考虑了温度荷载、自重、静水压力、混凝土徐变和自生体积变形等情况 .通过计算分析得出了沙牌碾压混凝土拱坝的开裂规律 ,为沙牌碾压混凝土拱坝的分缝设计提供了依据 .

材料损伤开裂的数值模拟方法

针对数值模拟材料损伤开裂的现有方法——空单元技术和嵌入过程区中结点力释放方法 ,提出了释放空单元内结点力的新模拟方法 ,既可解决原有空单元技术未曾明确的残余应力的释放问题 ,又可避免采用嵌入过程区方法时所引入的大量重叠结点。己有算例表明 ,本方法具有模型简明 。

半刚性基层损伤开裂机制与微裂技术研究综述

以水泥稳定碎石为代表的半刚性基层广泛应用于我国各等级公路路面结构,但水泥稳定基层易产生长宽收缩裂缝和板块化断裂等隐蔽性病害,诱发反射裂缝等次生损坏,是影响路面长寿的痼疾。从半刚性基层的破坏模式和控制方法、水泥稳定碎石损伤开裂机理、水泥基材料损伤断裂的细观力学分析方法和半刚性基层微裂技术等4个方面梳理了半刚性基层抗裂技术的发展脉络,指出了微裂技术是控制半刚性基层沥青路面反射裂缝的有效手段,提出了碾压微裂和内生微裂的下一步研究方向。

强震作用下泵站出水塔结构损伤开裂分析

结合某提灌工程的地域特点及运行情况,以泵站出水塔为研究对象,建立了水体-结构-地基耦联的有限元模型,对泵站出水塔结构的动力特性及损伤模式规律进行研究。结果表明:泵站出水塔在地震作用下易在底部排架-镇墩、中部环形梁-隔板接触位置出现损伤,且随着惯性力作用的增加(峰值加速度为0.4g),该部位开始发生损伤破坏,且损伤沿排架向上发展;当峰值加速度达到0.6g时,损伤范围增加,在塔体结构2层排架与隔板等位置均发生损伤破坏,损伤值达到0.970,压缩损伤为0.5068。该研究可为类似结构的动力损伤分析提供参考。

汶川地震实测波作用下高耸进水塔结构损伤开裂分析

以某高耸进水塔为例,采用ADINA结构分析软件建立了结构-水体动力耦合的三维非线性有限元模型,利用汶川地震中某坝顶处所测得的地震波进行相应的修正处理,作为模型结构的地震动输入,研究了进水塔在正常蓄水位组合地震荷载工况下的地震反应,并分析了其抗震安全性。结果表明,高耸进水塔在实测地震波作用下局部出现损伤开裂,但整体结构仍能确保抗震安全性。

高沥青混凝土心墙坝在局部损伤开裂情况下的渗流特性分析

采用理论计算与数值模拟相结合的方法,对沥青混凝土心墙在不同裂缝长度、宽度、位置以及不同材料渗透系数下的集中渗流问题进行分析。结果表明,相较于裂缝缝宽,裂缝的相对位置和缝长是影响裂缝处渗流量的主要敏感因素;裂缝越长,位置越低,渗流量越大,且呈线性相关;相较于堆石体渗透系数的变化,过渡料渗透系数的改变是影响裂缝处渗流量的主要关键因素,随着过渡料渗透系数的增加,裂缝处渗流量呈指数型函数增长。建议在设计、施工过程中要重点保证过渡料的质量,避免后期运行出现裂缝扩张等现象。

双线性黏聚区模型在混凝土路面损伤开裂分析中的应用

为了揭示混凝土路面的损伤开裂机理及其对承载力的影响,考虑混凝土材料的弹塑性,应用非线性断裂力学中的双线性黏聚区模型,结合ABAQUS有限元软件,在预计开裂部位布设黏结单元,模拟了四点加载小梁试件从弹性响应到断裂失效的全过程,以验证双线性黏聚区模型在混凝土损伤开裂分析中的适用性;应用双线性黏聚区模型分析了Winkler地基上混凝土板的断裂特性和损伤后的承载力衰减。分析结果表明:在加载小梁受荷全过程中,梁底应力经历了线性增大、达到混凝土极限强度后减小、最大点上移与变为0等阶段,作用力-加载位移变化与已有研究一致;在加载全过程中,混凝土板的截面应力分布变化与小梁类似;混凝土板在损伤阶段承载力会持续增大,但由于板的支承条件与四点加载小梁不同,板的断裂近似于脆性断裂,无明显承载力衰减过程,板断裂时的极限承载力与弹性阶段临界状态承载力之比为1.32;混凝土板发生初始损伤后,极限承载力最大会衰减至未损伤板的87%,且随着初始损伤程度的增加,极限承载力衰减速率变大。

某混凝土箱梁张拉开裂损伤的加固技术研究

以某桥梁工程现浇预应力混凝土箱梁顶板张拉开裂损伤的加固修复施工方案为例,介绍了预应力混凝土箱梁张拉裂缝的加固技术处理要点和注意事项等,工程结合有限元软件模拟计算了经加固修复后混凝土箱梁的正斜截面最大承载力,混凝土抗裂、挠度和变形情况,为桥梁的施工安全工作提供技术和质量保障。

含界面脱粘及表板基体开裂损伤的复合材料夹层板非线性稳定性的研究

本文作者基于“zig- zag”模型和 Mindlin一阶剪切变形板理论 ,推导了复合材料夹层板屈曲分析的有限元列式 ,在该列式中考虑了面板的横向剪切变形和芯体的面内刚度对夹层板力学性能的影响。针对具有面板和芯体间界面脱粘和纤维增强树脂基体微裂纹损伤的夹层板损伤特征 ,分别提出了分层模型和多标量损伤模型 ,并推导了多标量形式的损伤本构关系。采用修正的 Newton- Raphson迭代格式求解含损复合材料夹层板的非线性稳定性性状。通过算例研究了脱粘面积、基体的损伤演化、表板的铺设方式及载荷形式对复合材料夹层板屈曲性态的影响。本文作者给出的有限元模型和结论 ,对复合材料夹层板结构设计的损伤容限的制定具有一定的参考价值。

超强地震作用下高拱坝损伤开裂行为研究

本文综合应用塑性-损伤耦合模型和接触边界方法,模拟拱坝坝体开裂与横缝开合行为,然后基于有限元仿真方法,分析某高拱坝的强震开裂行为。通过不同温度荷载工况的比较分析,研究温度荷载对拱坝非线性动力响应的影响。计算结果显示:在强震作用下,拱坝下游坝面损伤开裂出现在坝体中上部,而上游坝面损伤集中于坝基交界面附近,同时裂缝张开位移幅值较大,扩展深度较深,严重威胁拱坝整体安全。计算结果还表明:施加不同的温度荷载,拱坝的静力变形不同,导致强震作用下拱坝的横缝张开位移、坝体开裂区域、裂缝张开位移等动力响应存在显著差异。

含面\芯开裂损伤复合材料夹层板的自由振动

基于Zig Zag变形假定和Mindlin一阶剪切理论,提出了具有面板和芯体开裂损伤复合材料夹层板自由振动的有限元分析方法。为了更好地反映夹层板截面变形的齿形特征,分别对上、下面板和芯体建立了3个独立坐标系,并定义三部分的转角为独立变量;同时又针对面\芯开裂特征,将整个结构视为上、下子板和基板三部分。根据开裂前缘位移连续条件,建立了复合材料夹层板面\芯开裂损伤分析模型。在此变形假定和损伤模型基础上,推导了含损伤复合材料夹层板各部分的刚度阵和质量阵列式,并采用子空间迭代法求解了夹层板的固有频率。通过参数讨论得出:大面积的开裂损伤会使结构频率急剧降低;面积相同而形状不同的开裂损伤对夹层板的各阶固有频率的影响不同;适当的面板铺设方式将会提高结构的固有频率;提高面板的厚度可大幅度提高夹层板的各阶固有频率。

高压水工隧洞透水衬砌渗流-应力-损伤耦合分析方法研究

在高压隧洞发电运行过程中,衬砌钢筋应力普遍小于设计预期,并未达到既安全又经济的效果。本文基于混凝土塑性损伤模型与透水衬砌理论,提出了透水衬砌渗流-应力-损伤耦合算法。基于大型通用有限元软件平台ABAQUS进行二次开发,通过Fortran语言调用实用程序GETVRM获取材料损伤,并利用子程序USDFLD实现了材料渗透系数随损伤的动态更新,完成了隧洞初次充水加压工况中衬砌损伤开裂的耦合分析过程,研究了衬砌损伤开裂、渗透孔压以及钢筋应力的演化特征,并探讨了衬砌与围岩有条件联合承载特性对耦合结果的影响。可以发现:计算所得的衬砌损伤开裂特征与衬砌压水试验结果吻合,完全联合承载与有条件联合承载两种情况下,衬砌钢筋应力表现出明显的差异,说明衬砌设计中未考虑衬砌与围岩相互脱离,即有条件联合承载,是隧洞发电运行时衬砌钢筋应力普遍小于设计预期的原因。本文提出的耦合算法所得到的结果与工程普遍规律相符,具有一定推广性,可以为衬砌设计问题提供一定参考。

高拱坝强震开裂与配筋效果研究

本文基于混凝土塑性损伤理论,引入配筋混凝土断裂能加权计算方法,采用组合式钢筋混凝土模型和等效裂缝宽度的概念,提出了一种拱坝坝面配筋混凝土在动力荷载下的等效开裂计算模型,对高拱坝进行了梁向配筋的抗震效果分析。该模型应用于大岗山工程210m高的双曲拱坝的开裂计算,结果表明,尽管坝面配筋无助于防止混凝土裂缝的发生,但能够较有效地控制坝体裂缝的扩展,限制裂缝宽度,对提高坝体整体性与减小横缝开度具有一定的效果。

基于混凝土损伤塑性模型的框架结构开裂损伤分析

通过有限元分析软件ABAQUS建立某12层框架结构并进行时程分析,基于混凝土损伤塑性模型,研究了该框架结构在地震作用下的结构开裂损伤发展状况,探讨了应用混凝土损伤塑性模型预测钢筋混凝土框架结构整体损伤及裂缝发展的可行性及存在的问题,为相似的框架结构的损伤破坏提供理论支持。

组合钢板剪力墙力学性能及开裂行为的数值仿真

组合钢板剪力墙是一种新型的高层建筑结构抗侧力构件,它通过钢板-边框架、边框架-钢筋混凝土盖板、钢板-钢筋混凝土盖板的协同作用来抵抗侧向荷载,研究各部件的协同作用机理是对其进行合理设计的关键。建立了考虑多重非线性及混凝土损伤开裂的组合钢板剪力墙数值模型,从钢板高厚比、螺栓预紧力大小、钢筋混凝土盖板厚度和配筋率4个方面研究这种组合结构的力学性能及损伤开裂行为。结果表明:螺栓预紧力越大,屈服荷载越大,滞回性能越好;增加钢筋混凝土盖板的厚度或配筋率可减小盖板的开裂损伤程度;螺栓预紧力对钢筋混凝土盖板的损伤开裂程度及钢板-钢筋混凝土盖板界面的相对滑移均有影响,因此,螺栓预紧力的控制应兼顾二者的利弊。

胶合木曲梁横纹应力及开裂研究

研究了胶合木曲梁纯弯曲区横纹应力与各向同性材料曲梁纯弯曲区径向应力.结果表明:胶合木曲梁纯弯曲区横纹应力与各向同性材料曲梁纯弯曲区径向应力分布规律大致相同,都是中性轴附近大,随距中性轴距离的增大而减小;胶合木曲梁纯弯曲区横纹应力以胶缝为分界线,呈锯齿状分布,层板髓心位置对应力峰值影响较大,髓心位于层板大面的胶合木其横纹应力最大,应力峰值是简化计算式的1.5倍.根据胶合木的应力特点和脆性开裂特点,建立了胶合木开裂损伤本构模型,并编制了相应的有限元软件ABAQUS用户材料子程序UMAT,成功预测了曲梁的横纹开裂及其极限承载力,与曲梁承载力试验相比,其刚度和极限承载力吻合良好.