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水利工程论文-碾压混凝土的正交异性损伤本构模型研究.doc

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水利工程论文-碾压混凝土的正交异性损伤本构模型研究.doc

水利工程论文-碾压混凝土的正交异性损伤本构模型研究摘要:根据碾压混凝土拱坝的结构特性与碾压混凝土材料的破坏特征,以Sidoroff各向异性损伤理论为基础,建立了碾压混凝土正交异性损伤本构模型;基于正交异性损伤模型的损伤传递方式,导出了碾压混凝土材料的损伤演化方程。以碾压混凝土在复杂应力下的试验资料,对碾压混凝土正交异性损伤本构模型进行了验证。关键词:碾压混凝土混凝土正交异性损伤本构模型高碾压混凝土拱坝结构设计面临的一个主要问题是如何有效地消散坝体在建造期间与运行期间的温度应力[1]。目前,工程师倾向于在坝体中设置少量的伸缩缝(包括横缝与诱导缝),通过对带缝碾压混凝土拱坝进行数值仿真计算和物理模型试验,分析坝体的受力规律与破坏机制,以期有组织地解决温度应力问题[2~4]。由于碾压混凝土材料的配合比选择、组分比例和成型方法与常规混凝土有很大的不同,其温度特性、变形特性和强度特性也与常规混凝土有较大的不同[5]。因此对于碾压混凝土材料,有必要研究其受荷后的破坏机理,建立合理的本构模型,为碾压混凝土拱坝进行数值计算服务。1碾压混凝土材料损伤本构模型碾压混凝土损伤开裂具有明显的正交异性特征。碾压混凝土的单向拉伸与压缩试验破坏特征表明,拉伸时混凝土开裂方向与拉力垂直,其损伤与拉力方向相同;压缩时混凝土开裂方向与压力平行,其损伤与压力方向垂直。当混凝土处于复杂应力状态时,不同的应力比对应力应变之间的函数关系发生显著影响。为了分析弹性材料的各向异性损伤,Sidoroff[6]等人提出了能量等效假设,认为受损材料的弹性余能和无损材料的弹性余能在形式上相同。只需将其中的Cauchy应力σ换为等效应力。在此基础上,提出了一种各向异性损伤模型(1)(2)基于式(1),建立碾压混凝土材料的应力-应变关系为(在主轴系内):[E*(D)]=[(λ+2D)(1-D1)2λ(1-D1)(1-D2)λ(1-D1)(1-D3)]对(λ+2G)(1-D2)2λ(1-D2)(1-D3)称(λ+2G)(1-D3)2这里λ为拉梅系数,λ=E(t)/(1+μ)(1-2μ);G为剪切模量,G=E(t)/2(1+μ);E(t)料的弹性模量,是时间的函数;μ为泊松比Di为i主应变方向的损伤度。将主轴坐标系下的本构关系转换到总体坐标系下,得到总体坐标系下的应力-应变关系矩阵[D10-3由公式(16a)算得的各试件在达到极

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