基于内时损伤的混凝土拱坝结构方法.pdf

第卷第期水电能源科学
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年月
2 0 1 2 3 Water Resources and Power 0 1 2
文章编号
:1000-7709(2012)03-0077-04
基于内时损伤的混凝土拱坝结构分析方法研究
魏博文1,2 乐豪峰3 胡凯4 徐镇凯1
, , ,
(,江西南昌 330031;,江苏南京 210098;
,浙江宁波 315800;,浙江湖州 313300)
摘要:根据混凝土拱坝筑坝材料力学特性和损伤拉压变形的不同特点,建立了应变空间内统一的本构关系和
损伤演化方程,描述了混凝土在复杂应力状态下的力学性能,并以某混凝土单曲拱坝为例,分别采用自编三维
有限元数值分析程序、拱梁分载法和有限元等效应力法计算了不同工况下坝体最大主应力值。结果表明,本
文所建本构模型正确、有效,为混凝土拱坝结构分析提供了参考依据。
关键词:内时损伤;混凝土;拱坝;应力分析;有限元
中图分类号: 文献标志码:A
混凝土拱坝作为一种变半径变厚度壳体结有效应力为 n 应变相等同为而损伤区则
、σij , ( εij );
构,其应力状态较复杂。将有限元法广泛地应用仅有球应力偏应力张量为零的有效
σm , Sij 。D
于水工结构中较好地弥补了拱梁分载法的缺陷
, 应力可按下式求得[4]:
和不足但有限元法计算结果因应力集中存在数
, σ= (1-D)∶σn (1)
值偏大的问题,为此朱伯芳等[1]提出了有限元等在不同应力状态下混凝土的微裂缝发展具有
效应力法,但对坝体弹塑性变形阶段的应力状况迥异性若则发生拉裂型破坏全应力张
, σm ≥0, ,
需要机时较长、工作量较大。鉴此,本文结合内时量均对有影响会引发微裂缝扩展若
D , ; σm <0,
理论[2] 各向同性理论[3] 在应变空间内建立了混
、, 则发生剪压或压碎型破坏,在高水头压力作用下,
凝土拉压统一本构模型并将其引入到坝体结构
, 微裂缝趋于闭合认为未发生损伤即有 n
, , σm =σm ,
应力分析中,从而建立了一种混凝土拱坝结构分
损伤主要由偏应力引起。由式(1)可推得拉压应
析新方法
。力统一关系式为:
( )n ()
内时损伤本构关系σij = 1-D σij +λDσmδij 2
1 其中 n n n
σij =σmδij +Sij
σm = (σ11 +σ22 +σ33)/3= (σx +σy +σz)/3
损伤变量的定义

σij =σmδij +Sij
蓄水期混凝土坝在高侧压水头作用下接触体
式中为非弹性膨胀取反之取
, , m 0, 0, 1;
面内形成高应力区域表现出一定的延性并伴随λσ≥λ
, , 为符号
i Kroneker 。
凝胶体的塑性流动从而生成不可恢复的塑性变δj
, 有效应力的内时关系
形和微裂缝的扩展及扩展引发的材料刚度降低和
内蕴时间的定义

应变软化。基于