混凝土坝地震动力损伤分析-杜成斌

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1、第20卷第5期工程力学Vol.20No.52003年10月ENGINEERINGMECHANICSOct.2003文章编号：1000-4750(2003)05-0170-04混凝土坝地震动力损伤分析杜成斌，苏擎柱(河海大学土木工程学院，南京210098)摘要：基于塑性损伤本构理论，将损伤变量作为内变量，在Drucker-Prager本构模型中引入损伤变量，考虑材料损伤引起的材料劲度的退化，基于非关联流动法则计算材料的塑性应变，根据材料的有效塑性应变计算损伤量，考虑到张开裂缝闭合时材料弹性劲度的恢复，推导了考虑塑性损伤的混凝土动态本构关系，并给出了内变量的

2、计算步骤和动力方程的迭代格式。最后利用建立的动态本构模型对Koyna重力坝进行了非线性地震响应时程分析，并给出了关键时刻坝体最大受拉损伤分布，结果表明在坝颈和坝基处出现了较大的损伤，坝颈处的损伤最终形成由下游向上游的开裂破坏，这与该坝的实际震害较为一致。关键词：塑性损伤；混凝土重力坝；本构模型；非线性；地震分析中图分类号：TV642.3,TV312文献标识码：ADYNAMICDAMAGEOFCONCRETEGRAVITYDAMSUNDEREARTHQUAKEEXCITATIONDUCheng-bin,SUQing-zhu(CollegeofCivilan

3、dEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)Abstract:Anewplastic-damageconstitutivemodelforcyclicloadingofconcretehasbeendevelopedfortheseismicanalysisofconcretedamsbasedonplastic-damagetheory.Damagevariableisusedasaninternalvariable,whichisincludedintheDrucker-Prageryieldfu

4、nction.Stiffnessdegradationinducedbymaterialdamageisconsideredinthemodel.Theplasticstrainrateisobtainedaccordingtothenonassociativeflowrule.Damageevolutionisdeterminedbyeffectiveplasticstrain.Thecrackopening/closingbehaviorismodeledaselasticstiffnessrecoveryduringelasticunloading

5、fromatensilestatetoacompressivestate.Themainstepsofthealgorithmfortheinternalvariableandnonlineardynamicequationarepresentedinthepaper.Theplastic-damagemodelisusedtoevaluatetheresponseofKoynadam,andmaximumdamagedistributionsatdifferenttimearegivenintheanalysis.Theanalysisshowstha

6、tthereoccurtwolocalizedlargetensiledamages,oneisatthechangeofdownstreamslope,andtheotherisatupperregionofthebottom.Crackfailureisformedfromthedownstreamatthechangeofslopetoupperofthedamatlast.Theevolutionofdamageisconsistentwiththeobservedcrackinginthedam.Keywords:plastic-damage;

7、concretegravitydams;constitutivemodel;nonlinearity;seismicanalysis1引言组成的三相材料，材料宏观上的破坏行为实际上是由于细观尺度上的损伤和断裂行为的积累和发展，混凝土是由骨料、水泥砂浆和二者间的粘结带混凝土的破坏过程实际上是内部裂缝萌生、扩展、———————————————收稿日期：2002-05-01；修改日期：2002-06-28作者简介：杜成斌(1965)，男，江苏盐城人，教授，博士，从事水工结构工程中的力学问题研究;苏擎柱(1977)，男，浙江宁波人，硕士生，从事结构工程研究混凝土

8、坝地震动力损伤分析171贯通近而失稳的过程，地震荷载作用下的混凝土的&p&¶F(