強震作用下高聳進水塔損傷破壞機理分析.pdf

1、近年來隨著水利水電工程的大力開發(fā)，高聳進水塔結構的建設和研究也得到了迅速的發(fā)展，但是在已建的高聳進水塔結構中經過強烈地震檢驗的特別少，而且針對高聳進水塔在強烈地震作用下的相關實測數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)均特別少，尤其是高聳進水塔地震損傷這方面的研究未見報道，因此，開展強震作用下高聳進水塔損傷破壞機理分析研究具有重要的意義。本文分別從混凝土的動力損傷模型、地基巖體的材料非線性、地基輻射阻尼、模型網格尺寸、進水塔配筋等方面進行了比較系統(tǒng)的研究，使得進

2、水塔-地基體系地震損傷特性的描述更加接近實際震災，對進水塔工程的指導有一定的參考意義和科學價值。其主要研究成果和結論如下：
　?。?）本文以連續(xù)介質力學理論和熱力學定律為基礎，建立了考慮不可恢復殘余變量的混凝土塑性損傷模型，提出了選取損傷變量的原則，推導了塑性自由能的具體表達式，并以Weibull分布假設為基礎，考慮材料的壓拉損傷特性，確定了隱含損傷準則的材料能量釋放率與壓損傷（拉損傷）之間的關系，提出了材料的損傷本構函數(shù)、損傷演

3、化函數(shù)和塑性變形表達式。通過混凝土加載試驗，初步驗證了本文建立損傷模型的有效性和適用性，即本文建立損傷模型可以比較好的表達混凝土的地震損傷特性，從而避免了彈塑性損傷求解過程中的不確定因素影響和計算過程中的復雜性。
　?。?）本文在有限元ABAQUS的二次開發(fā)功能的基礎上，利用FORTRAN語言研編了混凝土的動力損傷本構的有限元程序，研究了經典案例Koyna重力壩的地震損傷特性，并與文獻[109]的研究成果和實際震災對比，結果表明，

4、本文建立的損傷模型可以較好地表達Koyna重力壩的地震損傷演化特性，有效地模擬了Koyna重力壩的地震損傷累計，記錄了重力壩損傷累計歷程，從而說明本文建立的損傷本構模型在水利工程混凝土中具有一定的可行性和適用性。
　?。?）本文分析了進水塔材料非線性對地震損傷的影響，結果表明，由于考慮了進水塔的非線性，當進水塔混凝土拉應力峰值大于標準抗拉應力時，混凝土產生損傷，損傷后的混凝土不在承受拉應力，但是仍可以承受壓應力，即進水塔混凝土拉應

5、力達到一定值后，會迅速降低為0，這就表明考慮進水塔的非線性時更符合實際情況，可以真實反映進水塔損傷以后的應力重分布情況。
　?。?）本文分析了模型網格尺寸大小對進水塔塔體地震損傷的影響，結果表明，在應力集中區(qū)域，大網格模型的最大主應力值大于小網格模型相應位置的最大主應力值。進水塔模型網格尺寸比較大時，模型單元的損傷擴展過程會比較慢，并且損傷區(qū)域的相對應變會較小，與單元的尺寸效應理論相符合，即進水塔模型網格尺寸較大時，會使進水塔模型

6、損傷計算的準確度降低，所以進水塔模型網格尺寸較小時，才會更真實、更準確的描述進水塔地震損傷的擴展過程。
　　（5）與未考慮進水塔配筋時相比較，考慮進水塔配筋時，進水塔塔頂?shù)南鄬ξ灰茰p小，塔背的應變也減小，并且進水塔的損傷程度和區(qū)域都有所減小，從而說明考慮進水塔配筋使得進水塔的穩(wěn)定性大大增加。
　?。?）本文對進水塔-地基體系進行了地震損傷分析。塔體-地基巖體體系均考慮材料非線性時，塔體的損傷區(qū)域有所減小，其主要原因是塔體與地

7、基交界處的應力集中釋放，使得在塔體與地基交界處的大范圍地震損傷不再存在，從而更加接近實際震情。最后對進水塔-地基巖體體系進行了穩(wěn)定分析，進水塔在整個地震過程中沒有滑移和傾覆的趨勢，抗滑安全系數(shù)極小值和抗傾覆安全系數(shù)極小值均有所增大，這表明對進水塔進行地震損傷分析時，考慮地基的材料非線性會使得進水塔更加偏安全。
　　（7）本文分析了不同邊界條件對進水塔地震損傷的影響，隨著塔背地基的逐漸升高，塔體產生的損傷耗散能逐漸減少，塔體產生的損