摘要：在改革开放的新时期，我国的综合国力在不断的加强，针对混凝土重力坝在地震作用下的损伤发展问题，本文以某重力坝坝段为研究对象，通过对坝段模拟仿真进行研究分析，分析了该坝段在地震作用下损伤的产生和发展情况，并对该坝段进行了抗震能力的探讨，最后对混凝土重力坝设计过程需要重点关注的位置提出了建议。
关键词：混凝土重力坝；地震；损伤；抗震能力
引言
ABAQUS是一套功能强大的通用工程模拟有限元软件，除能解决简单的线性问题外，还能解决复杂的非线性问题，并拥有各种类型的材料模型库，其中就包括混凝土材料，针对混凝土材料ABAQUS又涉及多种本构模型，常用的有：线弹性模型、非线弹性模型、摩尔—库伦模型、弥散性开裂模型、塑性损伤模型等，值得注意的是任何一种模型都有其适用的研究领域，并不存在某种通用的混凝土本构模型。近年来，随着结构有限元理论、混凝土本构模型以及计算机技术的发展，利用计算机结合有限元方法对地震荷载下的结构体系进行数值模拟，从而探究结构的损伤响应是确实可行的方法。其中，影响损伤响应的关键因素是混凝土材料的本构模型，混凝土塑性损伤模型被认为是比较适用于研究混凝土损伤的一种本构模型。随着现代建筑行业的发展，混凝土被越来越多地使用，混凝土优良的性能也得到了充分的发挥。现代建筑的构造朝着越来越复杂越来越庞大的方向发展，这就要求我们对于混凝土的各项性能要有更为深入和精确地了解。对于重力坝的抗滑性和稳定性的问题进行了分析和探讨。通过在随机有限元的理论基础上进一步提出了可考虑的可实际进行的计算方法。提出了二次序列响应面法，并进行了多次计算和验算，验证了这一方法可以使计算结果拥有良好的精确度。通过把改进虚拟变量法和常规有限元法两者进行结合，建立了一种既具有合理性又具有时效性的计算方法。建立了可以进行可靠度分析的新方法。本文采用混凝土塑性损伤模型，以某一重力坝坝段为对象进行研究，期望得出该模型塑性损伤的规律。
1混凝土塑性损伤模型
混凝土重力坝一般的破坏都是从损伤开始，下一步是裂缝的产生，然后是裂缝的扩展。在ABAQUS中是含有混凝土塑性损伤模型的，该模型能够用来模拟仿真在地震下由于损伤所引起的材料的退化。由理论背景下可知，我们把总应变张量
分为弹性部分
e和等效塑性部分
p。它的应力应变为公式（1）
上式中：E0表示混凝土的动力初始弹性模量；d表示刚度退化因子。
表示混凝土发生破坏后受拉、受压材料特征系数；
表示多轴应力系数。
2地震波
地震波在地壳中的传播方向十分复杂，不同方向的地震波对坝体影响差异较大，算例考虑顺河向和垂直方向地震波作用。所用地震波取自Koyna大坝地震动时采集到的地震波，一般被称为“Koyna波”，地震波加速度峰值0.415g，时间间隔0.02S，地震持时17.14S。
3坝体拉伸损伤
损伤首先发生在坝踵处；随地震的持续，坝踵处损伤区面积扩大并沿横向发展至坝址处；上游折坡点和坝颈折坡点相继出现损伤，并且上游折坡点处损伤往下游方向横向发展，坝颈折坡点处损伤往上游斜向发展；最终在基底、上游折坡点和坝颈折坡点形成贯穿性损伤。4某重力坝抗震响应特征分析重力坝考虑自身重力、静水压力、扬压力等荷载的作用，动水压力按Westergaard公式考虑；采用Rayleigh比例阻尼。地震波采用Koyna大坝地震时采集到的地震波，简称Koyna波，考虑水平及竖直加速度，其中水平地震最大加速度0.415g。在地震作用下，重力坝坝踵最先开始发生损伤，然后在该位置一点点进行增加，此时，坝体的损伤量较小，整体基本处于稳定状态。这种情况出现的原因主要是坝踵位置出现了应力集中。与此同时，折坡处和坝趾处出现很小的损伤区域。随着地震作用的加强，出现损伤的坝踵区域处会增加扩大，坝趾和折坡处的损伤区域也会扩大，对于整体来说，重力坝整体仍处于安全的状态。当地震作用进一步加强时，坝体的上部折坡处会产生贯穿整体的损伤区，与此同时，坝踵处、坝趾处和下部折坡处的损伤区域会有大幅度的扩展。通过对该坝段的分析，并结合前人所做的研究发现，在地震作用下，坝体的损伤区域主要集中在坝踵处和折坡处，在强震作用下，折坡处易产生贯穿性的损伤区域。由于在实际工程中，应对重力坝坝踵、坝趾和折坡处进行重点的关注。
结语
本文通过对混凝土塑性损伤模型进行研究，考虑了实测地震波的输入，对某混凝土重力坝的抗震能力进行了分析，结果表明：（1）该重力坝在地震作用下具有一定的抗震能力，在地震作用下的初期整体坝体基本处于安全状态，具有一定的抗震能力；（2）在持续地震作用下，随着地震作用的加强和持续时间的作用下，重力坝坝体的损伤区域主要集中在坝踵处和折坡处，尤其折坡处会有可能产生贯穿性的损伤，同时坝趾处也会产生较为明显的损伤区域，因此，这些容易产生损伤的区域在进行抗震设计时更需要重点关注以确保安全。（3）在地震波加速度峰值0.415g，烈度为9级的强震作用下，从坝踵、上游折坡点和坝颈折坡点，损伤开始发展并最终形成了贯穿性损伤，对坝体危害较大。（4）坝锺处最先产生因混凝土抗拉强度不足导致的拉伸损伤，所以在设计施工时应进行合理的材料分区，采取对该部位浇灌高标号的混凝土等措施。（5）坝体损伤从折坡处开始发展，主要原因是坝坡面突变引起的应力集中，故在工程设计中折坡处宜做成圆弧形，以减少应力集中。
参考文献：
[1]高延伟.重力坝深层抗滑稳定可靠度分析[D].郑州：华北水利水电学院，1991.
[2]刘幸.钢筋混凝土随机有限元基本理论的研究[J].武汉水利电力大学学报，1993，（4）：314-322.
[3]刘幸.钢筋混凝土随机有限元基本理论的研究（二）[J].武汉水利电力大学学报，1994，（2）：150-157.
[4]武清玺，卓家寿.二次序列响应面法分析重力坝的动力可靠度[J].振动工程学报，2001，14（2）：224-227.
[5]张新培，陈颖.小震作用下抗震结构时程可靠度计算方法[J].工程力学，2003，20（1）：153-156.
[6]封伯昊，张立翔，金峰.基于损伤的混凝土大坝可靠度分析[J].工程力学，2005，22（3）：46-51.
论文作者:杨家榜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/19
标签：损伤论文; 重力坝论文; 混凝土论文; 地震波论文; 模型论文; 塑性论文; 区域论文; 《基层建设》2019年第6期论文;