水工結構仿真中混凝土損傷理論的應用,水工結構論文

水工結構仿真中混凝土損傷理論的應用,水工結構論文內(nèi)容摘要：混凝土作為建筑行業(yè)中常用的一類建材,其與水工建筑物之間構成嚴密關系,當下不同規(guī)?；炷链髩位蚱渌惢炷了そㄖ锕こ探ㄔO數(shù)目逐年增加,這也是水工構造學中混凝土研究內(nèi)容繁多的主要原因之一。壩工項目在國內(nèi)有大好的發(fā)展空間。但是最近與大壩工作狀態(tài)相關的調(diào)查報告顯示,當下國內(nèi)遭受滅頂性毀壞的混凝土壩超出200余座。加強混凝土損傷理論的研究分析,并實現(xiàn)對水工構造仿真設計,進而為混凝土大壩實體工程施工與改建等提供理論支撐。本文關鍵詞語：水工構造;混凝土;損傷理論;混凝土大白;仿真分析;混凝土是當代建筑工程施工期間一種廣泛應用的材料,其毀壞機理與毀壞形態(tài)始終是材料科學、力學與工程技術領域中關注的焦點。國內(nèi)外有大量實驗研究指出[1],混凝土構造裂紋在不斷發(fā)展進程中,將會造成構件或構造出現(xiàn)斷裂毀壞等問題。在宏觀裂縫構成之前,微缺陷在構成與發(fā)展期間,會在周邊構成一個損傷區(qū),其將會對混凝土壽命造成直接影響,該種現(xiàn)象難以采用以往常用斷裂力學分析,此時損傷機理應時而生,本文主要分析其在水工構造仿真中的應用情況。1混凝土損傷理論從微觀的層面上分析,混凝土屬于一類多相復合材料,主要構成有粗骨料、細骨料以及水泥漿體等、以上物質(zhì)的分布與結合狀態(tài)均具體表現(xiàn)出出明顯的無規(guī)律性。針對混凝土的機理,國內(nèi)外研究學者普遍以為是在混凝土澆筑、成形期間,毛細孔、空隙以及邊界裂隙等缺陷難以整體躲避造成的[1]。在對損傷力學概念進行分析后,發(fā)現(xiàn)混凝土構造這種原生態(tài)缺陷本質(zhì)上就是損傷的外在表現(xiàn)形式,一般會被稱之為初始損傷。原生態(tài)的質(zhì)量缺陷或界面裂隙,隨著時間的推移,會發(fā)展成微裂紋、微裂紋區(qū)與宏觀裂縫,其能夠被視為損傷疊加的結果?？偨Y以上分析內(nèi)容后,發(fā)現(xiàn)混凝土在承受外力載荷或其他因素的作用,直至發(fā)展至構造破損的經(jīng)過,等同于以初始損傷為基礎,發(fā)展、累積與斷裂交替出現(xiàn)的經(jīng)過。故而,本次研究中采用損傷其闡述混凝土的毀壞機理,利用能量損傷理論觀點去解讀構造損傷構成與發(fā)展期間囊括的規(guī)律,詮釋混凝土毀壞機理的本質(zhì)。與此同時,本文把混凝土破損期間微裂紋區(qū)構成、應變軟化效應、裂縫構成與拓展等現(xiàn)象,均設為損傷場內(nèi)常見的力學行為,進而建設混凝土的應力應變?nèi)€、各類混凝土斷裂模型,均以損傷的角度去分析與研究。2混凝土損傷定量分析在由多種單一受力和復合受力構件組成的-ε全曲線內(nèi),囊括了由開場受力直至毀壞全生命周期的損傷信息。當下國內(nèi)外在建設混凝土損傷模型的損傷演變方程均為D=f(ε)形式。故而,能夠由-ε曲線內(nèi)計算損傷度D,這提示-ε全曲線是獲得混凝土損傷定量分析結果的理論基礎。在對各單一受力與復合受力試件試驗研究經(jīng)過中,能直接測得并記錄P△全曲線,但其不是-ε全曲線。為獲得復合受力狀態(tài)的P△全曲線,同時建設其和帶有拉力、壓力、剪力、扭力等基本受力的P△全曲線之間建設可比性關系,則對試件與加載形式提出統(tǒng)一性的要求[2]。3工程大概情況大壩工程是混凝土雙曲拱壩,大壩高程為117m,壩頂高程為777m,壩頂長度為335.44m,共被劃分為18個壩段。中部8-11壩段的壩頂位置創(chuàng)設了三個泄洪孔,9、10兩壩段近底端分別開通一底孔。壩區(qū)內(nèi)地質(zhì)構造相對較簡單,巖石構造相對完好,斷裂構造停止發(fā)育,未產(chǎn)生深大斷裂通行,也無對組合構造構成不良影響的區(qū)段。大壩壩體澆筑期間采用了C20、C25常態(tài)混凝土,壩體上未設置中縫,采用通倉澆筑的形式。澆筑經(jīng)過中應用水管冷卻,以實現(xiàn)對混凝土溫度的有效調(diào)控[3]。4混凝土損傷理論在水工構造仿真分析很多混凝土構造在建設期間具體表現(xiàn)出出工程量大的特征,故而通常會經(jīng)歷一個較漫長的施工經(jīng)過,工程完工后投運也是一個長期化進程。若混凝土大壩建設期間采用大體積混凝土構造,工程建設工期通常到達數(shù)年之久,經(jīng)過蓄水期后會步入到更漫長的投運期。從損傷的視域出發(fā)進行分析,混凝土大壩在初期澆筑經(jīng)過中,就有損傷發(fā)生。在漫長的施工期、蓄水期與投運期,大壩壩體損傷在橫向、縱向上均有拓展與累積,在多因素的作用下,其損傷場處于實時變化狀態(tài)中。針對混凝土大壩的仿真分析,已經(jīng)有較長的發(fā)展歷程,仿真分析多集中在溫度與溫度應力范疇中,當下已構成了相對完善、成熟的方式方法體系,但在以上指標分析經(jīng)過中,均將混凝土構造視為處于無損狀態(tài),這和現(xiàn)在狀況不符。為實現(xiàn)對混凝土大壩損傷情況進行全面仿真計算,一定要將壩體混凝土澆筑作業(yè)視為起始點,同時按照工程施工三個階段進行,分別是施工期、蓄水期與投運期。4.1施工期在詳細施工期間,伴隨工程建設工期的推進,壩體高程有持續(xù)上升的趨勢。在這一時期中,壩體承受的荷載以壩體自重為主,且載荷量持續(xù)上升,在環(huán)境溫度、壩體混凝土水化熱等多種因素的作用下,壩體混凝土溫度會產(chǎn)生較大變化。伴隨著時間的推移,混凝土水化熱會出現(xiàn)相應改變,而壩體混凝土澆筑作業(yè)持續(xù)性進行,此時壩體中構成的溫度場屬于不穩(wěn)定型溫度場。與此同時,還會在壩體邊緣上還會構成與溫度變化相關的溫度邊界條件。對該種不穩(wěn)定型溫度場進行分析,本質(zhì)上就是溫度仿真分析問題,可在有限元模型的協(xié)助下實現(xiàn)精到準確化計算[4]。若壩體混凝土內(nèi)構成的損傷對其熱學性能不產(chǎn)生影響,則可對損傷因素忽略不計。在計算出不同時間點對應的溫度場后,可根據(jù)變溫指標測算出溫度應變,以實現(xiàn)對溫度應力的有效測算。由于混凝土壩體中溫度應力是伴隨溫度變化緩緩發(fā)展的,在以上經(jīng)過中混凝土的徐變度與自體體積變形,對應力重分布經(jīng)過會構成明顯的促進作用,外加壩體自重的作用、因而,在計算大壩施工期壩體應力場計算經(jīng)過中,應綜合分析荷載量、溫度變化、徐變以自體體型改變等多種因素構成的影響。且需明確混凝土彈模、徐變度、形體改變、絕熱溫升等指標均是伴隨時間推移二變化的,能夠被視為時間函數(shù)。在壩體各個部位,應按照齡期取值。計算損傷仿真,若在應力長進行計算,就一定要全面考慮損傷的因素。4.2蓄水期蓄水期屬于大壩施工期間的一個特殊階段,也是易發(fā)生故障的時間段。蓄水一般會在大壩工程完工后或完工前就開場了。在一個相對較短的時間內(nèi)蓄到預定水位的經(jīng)過被統(tǒng)稱為蓄水期。在蓄水期上游面蓄水溫度臨界條件由氣溫轉變?yōu)樗疁?、或局部水溫、局部氣溫。且由于該時期緊隨施工期,或和施工期存在穿插點,故而其溫度仍然屬于不穩(wěn)定型溫度場[5]。應力場特征為上游面構成了緩慢上升的水壓力荷載,同時在多種氣候因素的作用下,氣溫高于上游面水溫低于氣溫,造成蓄水期間似乎在冷擊作用下而誘導出的溫度應力,而與該階段相對應的壩體構造損傷程度也不會嚴重化。4.3投運期在以往對壩體溫度仿真計算經(jīng)過中,能夠?qū)⑼哆\期的壩體對應的溫度場視為穩(wěn)定溫度場或準穩(wěn)定溫度場,應力場也采用如上的計算方式方法。因而獲得的結論通常是壩體的最高溫度明顯低于施工期、蓄水期,對應的最大應力也通常較小[6]。但若綜合分析損傷因素,且壩體混凝土在施工期、蓄水期已出現(xiàn)損傷且損傷程度不斷累積,且多數(shù)損傷是不可逆的,此時若僅采用大壩工程投運期對應的應力場計算損傷,存在明顯的錯誤。因而在對混凝土大壩工程損傷程度仿真計算經(jīng)過中,不能把工程項目投運期設為一個獨立的問題去分析,建議從蓄水期延續(xù)進行計算,以保證混凝土構造損傷發(fā)展經(jīng)過的連貫性,但從本質(zhì)上分析其仍然屬于一個與不穩(wěn)定型溫度場與應力場相關的計算問題,且其對應的時間步長有連續(xù)延展的趨勢。5結束語綜觀全文,可見混凝土大壩損傷全仿真計算屬于一個連續(xù)進行的計算經(jīng)過,設計不穩(wěn)定型溫度場,并需全面分析荷載、溫變、徐變、本身形體變化等多個因素,在引力場計算期間一定要全面分析損傷程度及誘發(fā)損傷的各類因素,以保證仿真計算分析結果的精到準確性、有效性,為水工建筑體實體建設提供可靠的數(shù)據(jù)支持與理論指導。以下為參考文獻[1]徐歡,劉清,寧俊,等.基于試驗研究的新疆地區(qū)C30自密實混凝土的凍融損傷指標分析[J].混凝土,2022(02):115-118.[2]陳宇良,鐘銘,陳宗平.焊接栓釘型鋼混凝土梁純扭試驗及損傷分析[J].建筑構造,2022,49(04):110-117+97.[3]彭竹君,肖洋,王乾峰,彭剛.基于聲發(fā)射技術的凍融劣化混凝土單雙軸動態(tài)抗壓試驗[J].水電能源科學,2022,37(02):131-134+94.[4]周理,蘇益聲,江蘭.斜向往復荷載作用下方鋼管混凝土柱的抗震性能及損傷分析[J].土