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更新時間：2025.03.22
水工隧洞混凝土襯砌地震動響應過程分析

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地震作用下水工隧洞混凝土襯砌結構的動態(tài)響應是工程設計和安全評估的重要內容,建立科學合理的混凝土動力本構模型以及內水與襯砌動力耦合作用分析方法是襯砌結構抗震研究的關鍵環(huán)節(jié).基于應變空間靜力損傷本構的基本思路,對3維應力狀態(tài)下混凝土靜態(tài)拉、壓損傷變量進行定義和求解;在此基礎上,考慮靜、動態(tài)荷載作用下混凝土本構關系曲線的相似性特點,建立了適宜編程的混凝土動態(tài)損傷本構模型.基于單相固體介質和流體介質動力分析的顯式有限元法,結合耦合界面的邊界條件,建立了水工隧洞內水與襯砌耦合作用的動力顯式有限元分析模型,該方法可以直接進行逐步積分,無需聯(lián)立方程組求解,大大簡化了計算過程,可以方便地用于分析多種介質的波動傳播問題.針對某水電站引水隧洞工程進行了實例分析,計算結果表明:1)各部位混凝土襯砌處于同步震動狀態(tài),但腰拱部位位移明顯小于頂拱和底拱部位;2)地震作用下混凝土襯砌迅速進入損傷開裂狀態(tài),腰拱部位襯砌應力增加明顯,損傷破壞嚴重;3)開裂破壞區(qū)由腰拱逐漸向兩端擴展,與內水直接作用的內層襯砌結構是抗震設計的薄弱環(huán)節(jié).該模型能夠合理地反映水工隧洞混凝土襯砌的地震動響應特性,并為水工隧洞抗震設計提供了一種有效的分析方法.

水工隧洞混凝土襯砌地震動響應過程分析

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地震作用下水工隧洞混凝土襯砌結構的動態(tài)響應是工程設計和安全評估的重要內容,建立科學合理的混凝土動力本構模型以及內水與襯砌動力耦合作用分析方法是襯砌結構抗震研究的關鍵環(huán)節(jié).基于應變空間靜力損傷本構的基本思路,對3維應力狀態(tài)下混凝土靜態(tài)拉、壓損傷變量進行定義和求解;在此基礎上,考慮靜、動態(tài)荷載作用下混凝土本構關系曲線的相似性特點,建立了適宜編程的混凝土動態(tài)損傷本構模型.基于單相固體介質和流體介質動力分析的顯式有限元法,結合耦合界面的邊界條件,建立了水工隧洞內水與襯砌耦合作用的動力顯式有限元分析模型,該方法可以直接進行逐步積分,無需聯(lián)立方程組求解,大大簡化了計算過程,可以方便地用于分析多種介質的波動傳播問題.針對某水電站引水隧洞工程進行了實例分析,計算結果表明:1)各部位混凝土襯砌處于同步震動狀態(tài),但腰拱部位位移明顯小于頂拱和底拱部位;2)地震作用下混凝土襯砌迅速進入損傷開裂狀態(tài),腰拱部位襯砌應力增加明顯,損傷破壞嚴重;3)開裂破壞區(qū)由腰拱逐漸向兩端擴展,與內水直接作用的內層襯砌結構是抗震設計的薄弱環(huán)節(jié).該模型能夠合理地反映水工隧洞混凝土襯砌的地震動響應特性,并為水工隧洞抗震設計提供了一種有效的分析方法.

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