Page 101 - 2022年第53卷第2期

损伤

S/m
图 3 混凝土拉伸塑性-损伤关系曲线 图 4 黏结滑移量-损伤关系曲线
表 2 三峡水电站钢衬钢筋混凝土管道材料力学参数

弹性模量/MPa 泊松比 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa
管道混凝土 28500 0.17 20.2 1.78
坝体混凝土 24000 0.17 14.6 1.00
钢衬 198000 0.17 350 1） 350 1）
钢筋 205000 0.30 375 1） 375 1）
垫层 0.4 0.30
注：1）为钢材的屈服强度。
ϕ 36@200 mm（RB3）的钢筋；混凝土和钢材材料参数由试验确定，具体见表 2。模型中埋入式钢筋采
用 ABAQUS 中 Truss 单元模拟，分离式模型钢筋采用 Solid 单元模拟，混凝土选用 CDP 模型，根据
［24］
GB50010-2011《混凝土结构设计规范》 中规定确定的混凝土的应力-应变和损伤曲线如图 3 所示。钢
筋与混凝土之间又分共节点和黏结滑移两种情况，黏结单元采用 1 mm 厚的薄层 Cohesive 单元模拟，
［24］
黏结滑移本构采用 GB 50010-2011《混凝土结构设计规范》 中规定的本构关系，黏结损伤采用式（2）
计算，得到的黏结滑移量-损伤关系曲线如图 4 所示。

（a） 埋入式 （b） 共节点 （c） 黏结滑移 （d） 模型试验
图 5 各方案管道损伤分布
3.2 起裂荷载和裂缝扩展规律 管道混凝土在内水压力作用下，主要承受环向拉应力，当损伤值达
到 0.5 ~ 0.8 时产生宏观裂缝，图 5 为各方案裂缝的分布情况（管道最终损伤带分布）。由图 5 分析可
知，各方案的损伤发展规律基本类似，当内水压力达到 0.60 ~ 0.75 MPa 时，管道均首先在腰部外侧
开裂，随后顶部区域开裂，随着内水压力增加最终形成环向分布的裂缝，图中标注 L 的角标数字为
裂缝出现的顺序。A、B 和 C1 方案的裂缝条数分别为 22、20 和 20 条，与模型试验裂缝条数 20 条基本
一致。且各方案下管道上半部损伤带多而密，下半部少而疏，与模型试验分布情况也非常相似。方
案 C 考虑了钢筋与混凝土之间的黏结滑移以后，钢筋与混凝土间的相互作用小于方案 A、B，混凝土
传递给钢筋的应力减少，承担的内水压力较大，因此起裂荷载较早一些，管道上半周裂缝条数大于
共节点和埋入式模型，因此平均裂缝间距较小，管道上半部分的裂缝位置与模型试验的更为接近。
3.3 结构变形分析 为方便描述各层钢筋与混凝土之间的黏结滑移环向分布情况，本文从管底位置
开始，在钢衬和各层钢筋表面沿逆时针方向分别定义了环向路径，并将计算的黏结滑移值，映射到

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