【摘要】：拱壩因具有眾多優(yōu)點而在水利工程中得到廣泛應(yīng)用,同時其壩體混凝土開裂也成為一個常見和需要慎重解決的問題。為減少拱壩開裂所造成安全問題,在拱壩設(shè)計中引入人工導(dǎo)縫結(jié)構(gòu),增加拱壩自由度以適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)力條件,盡可能減少拱壩因荷載、結(jié)構(gòu)設(shè)計等問題產(chǎn)生不利于大壩安全的裂紋,同時為避免在復(fù)雜荷載作用下,人工導(dǎo)縫縫端繼續(xù)開裂,研究如何在人工導(dǎo)縫縫端設(shè)置止裂措施是十分重要基礎(chǔ)性工作。本文基于損傷-斷裂基礎(chǔ)理論和物理模型試驗,針對人工導(dǎo)縫結(jié)構(gòu)止裂機(jī)理進(jìn)行基礎(chǔ)性研究,論文主要研究工作和成果有:1.基于材料力學(xué)解析法和數(shù)值分析法,研究帶缺口直梁損傷-斷裂破壞特性,對比有、無型鋼止裂以及不同型鋼尺度等多工況下,分析型鋼在純彎構(gòu)件中發(fā)揮增強(qiáng)作用機(jī)理,尤其建立混凝土與型鋼之間弱面粘結(jié)滑移關(guān)系,基于試驗數(shù)據(jù),說明采用交界面力學(xué)模型的科學(xué)性。分析表明,型鋼與混凝土之間粘接強(qiáng)度直接影響直梁承載力,而完整直梁比帶型鋼增強(qiáng)的缺口直梁承載力要高。2.開展大尺度帶缺口拱梁物理模型試驗,研究型鋼止裂在拱梁構(gòu)件中發(fā)揮增強(qiáng)作用基礎(chǔ)性原理。對比分析中間縫工況和三分點縫工況,探究人工導(dǎo)縫縫端裂紋萌生、發(fā)展演進(jìn)過程以及裂紋分布規(guī)律。研究不同設(shè)縫位置以及型鋼尺度對拱梁承載力貢獻(xiàn)。試驗說明型鋼對帶缺口拱梁的增加作用有限。3.基于拱梁試驗和數(shù)值模型研究對比,研究型鋼止裂力學(xué)行為過程并分析型鋼在裂紋萌生、發(fā)展直至拱梁斷裂破壞過程中所發(fā)揮的增強(qiáng)機(jī)理。對比分析發(fā)現(xiàn)型鋼在拱梁與直梁中止裂機(jī)制不盡相同。表現(xiàn)為人工導(dǎo)縫的位置、數(shù)量以及型鋼幾何尺度對兩種構(gòu)件的力學(xué)行為各異。型鋼對拱梁的承載力增強(qiáng)作用比直梁弱,但仍然保持對拱梁縫端局部增強(qiáng)作用特性。4.基于石門子碾壓混凝土拱壩十多年運行觀測資料,整理并分析人工導(dǎo)縫結(jié)構(gòu)在石門子拱壩中止裂貢獻(xiàn)以及對軟基壩址的適應(yīng)性。利用改進(jìn)有限元溫度與應(yīng)力耦合仿真數(shù)值模型以及損傷-斷裂數(shù)值模型進(jìn)行對比分析,研究人工導(dǎo)縫結(jié)構(gòu)對拱壩剛度影響以及基巖變形協(xié)調(diào)性。研究表明,采用人工導(dǎo)縫結(jié)構(gòu)能有效降低拱冠梁局部拉應(yīng)力并形成有效二次應(yīng)力拱結(jié)構(gòu),降低大壩開裂的風(fēng)險。
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【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV642.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2306100