紫外线和冻融对重力坝抗震性能影响研究

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截止到目前,我国有水库大坝9.8万余座,建坝的规模在世界首位。多数水坝并非因为承载力不足而发生破坏,而是由于坝体混凝土耐久性问题,最重要的耐久性问题之一就是冻融破坏。紫外线对混凝土耐久性也会有所影响,不容忽视。目前国内外对寒区大坝的耐久性研究较为单一,缺乏研究紫外线和冻融循环共同作用对大坝耐久性的影响。为此,本文开展了紫外线和冻融循环共同作用对坝体混凝土材料耐久性影响的试验研究。与混凝土耐久性问题导致的材料性能劣化相比,地震荷载对大坝结构破坏的影响更大,造成的后果也更为严重。虽然国内外学者对地震作用下混凝土大坝的动力响应研究很多,但缺乏结合耐久性问题进行的大坝抗震研究。本文基于强紫外线和冻融循环共同作用对坝体混凝土材料性能影响试验,利用有限元软件分析强震下受双因素影响的大坝力学性能及破坏情况,为以后大坝防护提供一定的帮助。本文主要研究内容如下:(1)开展混凝土的紫外线辐照和快速冻融循环试验,研究坝体混凝土的质量、动弹性模量及抗压强度的衰减规律。根据能量等效性假设和材料拉伸损伤演化参数,推导其动态拉伸损伤因子,与试验所得数据结合形成新的混凝土本构,所得结论为有限元模拟大坝动力特性提供材料参数和理论依据。(2)探究寒区混凝土性能劣化对重力坝抗震性能影响,充分考虑大坝所处地区太阳光中的紫外线辐射量及温差所引起的冻融循环。基于坝体混凝土材料试验、劣化对大体积混凝土的影响深度及范围,建立有限元模型,模拟大坝在地震时的应力、位移大小和拉伸破坏情况等。分析紫外线辐照和冻融循环共同作用对大坝抗震性能的影响,为大坝抗震研究提供新的参考依据。(3)结合坝体混凝土材料试验和数值模拟进行了重力坝的动力响应分析,通过在破坏明显区域1m深度内浇筑抗冻混凝土,模拟大坝在地震时的应力、位移大小和破坏情况等。通过与未考虑抗冻混凝土的大坝动力响应对比,分析在寒区重力坝冻融区域内增加抗冻混凝土是否能增强其整体抗震性能。基于损伤因子及其对应损伤区域面积,构建了重力坝整体损伤累积量化面积公式,对比分析不同工况下大坝的损伤面积,为大坝的抗震防护提供参考。
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