重力坝毕业设计外文翻译

毕业设计（论文）

外文翻译

题 目

专 业

班 级 学 生 指导教师

地震载荷下的混凝土重力坝断裂原因分析 ABBAS MANSOURI;MIR AHMAD LASHTEH NESHAEI;REZA AGHAJANY

1伊斯兰阿扎德大学，土木工程，伊朗德黑兰

2桂兰大学，土木工程，拉什特，土木工程伊朗

3伊斯兰阿扎德大学，土木工程，德黑兰（北支），伊朗

摘要：在本文中，对混凝土重力坝的地震裂缝采用有限元（2D）的行为理论进行了研究。巴占特模型（它是非线性的断裂力学标准作为衡量的增长和弥散裂缝）

被选中来开发裂缝的剖面图。混凝土的应力-应变曲线作为简化的两线，欧拉-

拉格朗日公式被选用于大坝和水库系统。根据1967年的地震记录，用上述模型

对Koyna混凝土重力坝进行了研究。结果证实了第一个裂缝的图像有增长和扩张而第二个并没有受到它的影响。比较的结果显示了与其他研究者一致的结论。

关键词：地震断裂；弥散裂缝；非线性断裂力学；混凝土重力坝。

在过去的十年里，有关在地震时混凝土大坝安全的的大坝抗震性能已受到广

泛的研究。Chopra 等人(1972),通过使用线性弹性分析研究大坝的抗震性能的裂

纹路径。分析显示,在损坏或有风险的地方会影响结构的稳定性。Pal(1976)是第

影响,在刚性地基上,用弥散裂纹模型对Koyna 大坝裂纹扩张和强度标准裂纹增

长进行了分析。结果表明,裂纹的增长对材料性质以及元素大小是非常敏感的。

图1(a)显示了这种分析造成的大坝裂纹区。Skrikerud（1986）采用离散裂缝裂纹扩展和裂纹增长的标准，通过Koyna大坝的个案研究了混凝土坝。在他们的研

究中，裂纹在每一步的成长,长裂纹尖端的元素最终被认为是有效的。他把他们

的模型试验结果归结于裂纹分析在与大坝开裂的膨胀系数不匹配、和水库相互作

用并且缺乏大坝特性参数的实际值等原因。通过分析留在图1（b）中的裂纹就可

以证实。El-Aidi和Hall（1989）研究了松平坝的地震裂缝，就用到了弥散裂缝

的裂纹扩展和增长模型和强度准则。他们的研究认为裂纹轮廓线的出现证明了水

库-坝和地基-大坝的相互作用。大坝裂缝如图1（c）所示。Fenves和Vargas-Loli还用断裂力学裂纹增长和弥散裂缝模型裂纹扩展（ Uang and Bertero,1990）的

标准研究了松平大坝。不计由地基带来的结果，他们应用不同系数的塔夫脱的地

震记录；对松平坝在有没有水库影响的两种情况下进行分析，本课题研究了大坝

动水压力与裂纹分布对大坝的抗震性能的影响，此研究结果示于图1（d）。

在该文章中，对混凝土重力坝地震条件下非线性断裂行为的研究有以下部分：

第一，提交弥散裂纹模型与动态荷载作用下混凝土的性能和断裂的堤坝研究；

第二，对Koyna混凝土重力坝从非线性分析方面进行了抗震性能的评估。

采用有限元方法分析坝---库水相互作用和无水库作用的结果。从而可以得

出结论，上游和下游都出现通过大坝上部的的预裂缝,这是符合观察原型特征的

结论。比较分析表明，水库的作用不能忽视。

(d) Vargas-loli (c) El-Aidi (b) Skrikerud (a) Pal

(h) 实验模型 (g) 实物模型 (f) Bhattacharjee (e) Calayir and

and Leger Karaton

图1：关于重力坝开裂的过去调查资料。

欧拉-拉格朗日制定的动态相互作用的坝-水库系统和边界条件：使用不同的

方法，为大坝和水库建模，而欧拉-拉格朗日模型是使用的一个标准。在这个研

究中，大坝和水库建模系统的欧拉-拉格朗日关系被进行了调查研究。

在图 2 中，给出了大坝和水库的边界条件。

根据有限元理论方程，调整的大坝如下公式：

[M]{r} [C]{r} [K]{r} [M][J]{ag} (1) 在这个公式中：[M] 质量矩阵，[C] 阻尼矩阵，[K] 结构刚度矩阵，{r} 相

对节点的位移矢量，[J] 单位矩阵，{ag} 锚点加速度矢量。 在众所周知的亥姆霍兹方程的两个关系是关于液体环境中分配动水压力的情况

下，提出了下面公式：

2pVp C (2)2 t 22

在方程（2）中：p 流体压力，C 流体中声音的速度。

四个边界条件被用于定义如下情况水库：

1.自由表面边界条件

p 0 (3)

2. 远程边界条件 p1 2p (4) nc

p pasn (5) n

p pn ag q (6) n t3.相交边界条件

n n 在这几个方程中：asn ag

密度。在水库中产生的加速度与大坝的数量加速度有关。q 1,其中： 1 2c2

流体密度， 2 c2 考虑到边界条件和流体方程，水库关系矩阵的构成如下：

[G]{p} [L]{p} [H]{p} [B]{J}{ag} (7)

图（2）：大坝和水库系统

公式中：[G] 流体质量矩阵；[L] 阻尼矩阵；[H] 流体刚度矩阵；{p} 流体压力向量；{J} 单位矩阵；{ag} 根据应力或应变张量，破裂方向被定义为潜在的导数。潜在损失可以是应力

的一个函数或应变 （Kolari，2007年），在弥散裂缝模型中，潜在损失是应力的

函数，这意味着该裂纹发生时应力达到极限的水平。另外，垂直于最大值的水平裂缝，被视为主应力的拉伸，因此在压应力状态下，没有损坏记录。随着压力的

增加，非弹性变形的持久作用导致混凝土变软。在任何时候，混凝土初始边坡的

最大抗压强度是平行于加载边坡的。当卸载方向变化时，混凝土（应力-应变）

的反应具体是其弹性拉伸应力达到最大，然后发生开裂现象，最终结果导致混凝

土的破坏。在该状态下（帮助减少弹性硬度），可以建立起一个裂纹展开的模型。

如果再次被施加压缩应力，拉伸应力返回到零，该裂纹将被完全关闭。图3显示

了混凝土在压缩和拉伸应力下的变化情况。

图3：混凝土单向应力变化（ABAQUS理论手册，2009）.

根据线弹性断裂力学的标准，裂缝的发展增长过程只发生在最大的裂缝部

位，弹性元件的其余部分仍然呈线性变化，此方法适用于损坏面积相对较小的普

通结构中。但是，非线性断裂力学模型更适合在巨大的建筑物中使用，如混凝土

大坝，它的受损面积是比较大的，这种方法是在能量关系的基础上建立的，并且

在断裂力学领域中提出了基于Hillerborg (1978) 和Bazant (1983) 的两种理

论。根据1976年Hillerborg提出的模型，损坏的区域被认为是假想裂缝在真正

裂缝的高峰期产生的。在 1983 年，Bazant表明裂纹的增长和扩张过程发生在

条形破裂带上，在本研究中，Bazant弥散裂缝模型被用于研究Koyna坝。 总结: 在这个研究中，通过采用非线性断裂力学准则和弥散裂缝模型的发展概

况，调查了大坝和水库在地震作用下裂缝的相互作用。结果，通过分析在有没有

水库的条件下大坝的变化情况，得出以下结论：

1.通过与其他研究人员的结果对比，它显示出这项研究和其他人的引用是比较一

致的：如(Guanglun等，2000年），（Calayir 和 Karaton，2005年） …… 此处隐藏：14923字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……