混凝土裂缝分析论文提纲

论文题目：混凝土重力坝裂缝静动力稳定性分析

摘要：水库大坝是各国防洪、灌溉等方面重要的工程设施,混凝土重力坝在大坝建设中一直属于占比较大的坝型,混凝土结构在运行期间不可避免有裂缝存在,带缝工作的重力坝的安全性直接关系到下游人民的生命安全和财产利益,因此研究裂缝在静载或地震荷载作用下对重力坝的稳定性影响尤为重要。本文采用ANSYS有限元静动力分析方法,对有水平裂缝的混凝土重力坝进行静力承载力和地震响应分析,主要工作和结果如下:（1）选取有初始裂缝的碾压混凝土重力坝,运用ANSYS软件的参数化设计语言（apdl）建立重力坝二维模型,采用以起裂韧度为参数的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展准则,计算中考虑的荷载包括:上游面的静水压力、缝内水压力、坝体自重、断裂过程区（FPZ）粘聚力,分析在不同荷载组合下,上游面水平初始裂缝高度和长度对碾压混凝土重力坝静力承载力的影响。得出库水位-裂缝口张开位移（H-CMOD）曲线、库水位-裂缝口剪切位移（H-CMSD）曲线、裂缝扩展路径、断裂过程区长度等。结果表明,30种计算工况的起裂水位高度均超过坝高;当重力坝荷载工况及初始裂缝高度不变,随着初始缝长的增大,重力坝裂缝起裂时裂缝口张开位移（CMOD）、极限承载力时裂缝口张开位移（CMOD）及裂缝口剪切位移（CMSD）增大,裂缝口剪切位移（CMSD）在坝体极限承载力之前基本不变,而起裂库水位、极限库水位、断裂过程区最大长度减小;当重力坝荷载工况及初始裂缝长度不变,裂缝越高,坝体极限承载力降低;考虑水压力的作用会改变坝体承载力,在大坝裂缝静力稳定性分析中不可忽略,考虑缝内水压力的最大断裂过程区长度变小;重力坝裂缝扩展路径均向下游面或坝基方向扩展。（2）另选有水平初始裂缝的碾压混凝土重力坝进行地震动力分析,针对空库、死水位和正常蓄水位三种工况,计算中考虑的荷载包括:上游面静水压力、动水压力、缝内水压力、坝体自重、断裂过程区（FPZ）粘聚力、地震荷载,分析上游面水平初始裂缝高度和长度对碾压混凝土重力坝抗震性能的影响,得出坝顶水平向及竖向动位移时程曲线、裂缝口张开位移（CMOD）时程曲线、裂缝口剪切位移（CMSD）时程曲线、裂缝扩展路径等。结果表明,地震动对重力坝具有更强的破坏力,空库时满足一定长度的裂缝也会扩展;荷载及裂缝高度相同,水位越高沿着坝上游面水压力作用方向的最大位移越大,但裂缝口张开位移和裂缝口剪切位移最大值变小;坝体裂缝扩展角度平缓。

关键词：混凝土重力坝;Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝;二维数值模拟;静力分析;时程分析

学科专业：建筑与土木工程（专业学位）

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 混凝土重力坝裂缝概述

1.2.1 混凝土重力坝裂缝成因

1.2.2 混凝土重力坝裂缝分类

1.3 混凝土裂缝模型

1.4 混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展准则研究现状

1.4.1 Ⅰ-Ⅱ复合型断裂准则

1.4.2 混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展准则

1.5 混凝土重力坝的抗震分析方法

1.6 混凝土重力坝裂缝扩展数值分析概述

1.7 本文主要研究内容

1.7.1 碾压混凝土重力坝裂缝静力稳定性分析

1.7.2 碾压混凝土重力坝裂缝动力稳定性分析

2 混凝土重力坝数值模拟

2.1 引言

2.2 混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展准则

2.3 数值模拟基本方法

2.3.1 虚拟裂缝模型在ANSYS有限元中的应用

2.3.2 应力强度因子的计算

2.3.3 网格重划分和单元的选择

2.4 重力坝动力分析

2.4.1 多自由度体系的运动方程

2.4.2 时程分析法

2.5 数值模拟计算过程

2.6 本章小结

3 碾压混凝土重力坝裂缝静力稳定性分析

3.1 引言

3.2 裂缝面水压力分布模型

3.3 碾压混凝土重力坝数值模拟

3.3.1 碾压混凝土重力坝简介

3.3.2 初始裂缝长度对坝体承载能力的影响

3.3.3 初始裂缝位置对坝体承载能力的影响

3.3.4 不同工况坝体承载力

3.3.5 不同荷载工况下断裂过程区的变化

3.4 本章小结

4 碾压混凝土重力坝裂缝动力稳定性分析

4.1 引言

4.2 地震波的选取

4.3 坝体和库水动力互相作用

4.4 裂缝面动水压力分布模型

4.4.1 真实裂缝内的动水压力计算模型

4.4.2 断裂过程区的动水压力计算模型

4.5 结构阻尼形式

4.6 碾压混凝土重力坝数值模拟研究

4.6.1 碾压混凝土重力坝简介

4.6.2 坝体自振特征分析

4.6.3 地震作用下坝体动位移分析

4.6.4 地震作用下裂缝口张开和剪切位移分析

4.6.5 地震作用下裂缝扩展路径分析

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 本文工作总结

5.2 展望

参考文献

致谢