张甫杰[1]2008年在《混凝土重力坝动力响应分析及抗震措施研究》文中提出随着我国水利水电事业的发展和筑坝技术的迅速提高,在水力资源丰富的西部地区正在设计修建高碾压混凝土重力坝,而这些地区正是高烈度地震频发地区,有的设防地震烈度甚至达到了Ⅸ度。在这种高烈度地震作用下,碾压混凝土重力坝的抗震安全直接关系到下游广大地区工农业生产和人民生命财产的安全,具有特别重大的现实意义。因此,本文采用有限元动力分析方法,对龙开口碾压混凝土重力坝的动力特性及其抗震安全性进行了研究和探讨,最后确定了大坝的抗震薄弱部位,并提出合理的工程抗震措施,为大坝的设计提供保证。主要做了以下几方面的工作:(1)已有研究表明,对混凝土坝抗震采用线弹性分析得到的最大拉应力远大于混凝土的抗拉强度,在强震作用下,坝体将不可避免地产生开裂。主要研究了龙开口非溢流坝段采用混凝土损伤塑性模型在自重、静水压力以及地震荷载作用下的动力特性、拉伸损伤分布、塑性应变分布、等效塑性应变分布、破坏路径、动力放大倍数以及耗散能。并在此基础上探讨了典型地震波、阻尼比及设计水平加速度对坝体安全可靠度的敏感性影响。(2)由于重力坝在坝踵处拉应力很大,常超出了混凝土的抗拉强度极限,因而在坝踵位置很容易产生裂缝,进而影响坝体的稳定。根据小湾拱坝计算所得的“坝基裂隙的存在对坝踵应力集中起到松弛释放的作用”这一结论,以改善坝踵处应力分布状态为目的,设想在坝体上游基岩上设置一条垂直诱导缝,在此基础上研究地震作用下诱导缝的设置对于坝体应力的影响以及通过优化分析求出其最优解。(3)在详细分析坝体开裂现象的基础上,研究了重力坝的动态开裂机理、钢筋混凝土的断裂能以及预应力锚索的数值模拟。针对此现象提出了工程抗震措施,主要包括坝体配筋和预应力锚固两种措施,并给出加固前后的拉应力损伤因子对比分析,以验证加固措施的有效性。
段小波[2]2004年在《混凝土重力坝抗震优化设计》文中提出混凝土重力坝是中国坝工建设中的主要坝型，具有安全可靠、设计施工技术简单、对地形和地质条件的适应性较好、施工导流和永久性泄洪问题容易解决的优点，是目前在工程中采用较多的一种坝型。但是控制重力坝工程量和安全度的设计原则基本上仍然依赖于经验。 我国是地震多发的国家，重力坝在运行期间将不可避免的受到地震的作用，当前保障工程结构抗震安全主要采用被动控制方法，很少采用优化设计方法。随着我国大型水利工程中，高坝越来越多，如何在静力和动力条件下进行优化设计，综合考虑结构的安全可靠度就变得越来越重要。 上个世纪50年代发展起来的有限单元法是解决复杂结构分析问题的一个强有力的工具，已经在大坝的分析中取得了很好的应用效果。智能型全局搜索方法——遗传算法是近年来兴起的一种寻优方法。本文介绍了遗传算法的基本理论和具体实施方法，并将此方法与有限单元法结合，应用于混凝土重力坝的结构优化。 本文结合生产实际，建立了重力坝抗震优化设计模型，采用有限单元法分析了某混凝土重力坝的5号坝段在静力工况和动力工况下的应力和稳定性，用遗传算法对重力坝断面进行优化，并对该算法进行了一些改进，即对遗传所得的新点先判断其目标函数值是否得到了改善，再检验其几何约束条件是否满足要求，最后再对其性态约束条件进行检查。该法减少了性态约束的检查次数，使计算工作量大大减少。工程实例的优化结果与材料力学法的优化结果对比，证明了文中提出的优化方法是合理的，结果是可靠的。优化形状与初始形状相比，在坝体体积、应力指标和抗震能力上都得到了改善。该优化结果已推荐给设计单位参考，文中提出的重力坝抗震优化设计方法具有较好的工程实用性。
沈怀至[3]2007年在《基于性能的混凝土坝—地基系统地震破损分析与风险评价》文中研究说明本文在研究基于性能的坝体、坝基交界面不同破损等级的评价准则、大坝易损性分析与风险评价方法基础上,初步建立了基于性能的大坝-地基系统在不同概率水平地震作用下的抗震设计分析理论框架,并应用于基于性能的混凝土高坝的安全评价与风险优化决策中,主要研究内容包括:1.在基于性能的砼坝抗震简化模型方面,建立了一种重力坝地震破损分析拟静力的简化方法。在基于第一振型等效地震荷载(施加方向分别指向上游或下游)基础上,应用弥散裂缝模型,建立了非线性拟静力简化方法,得到了单调加载极限变形,作为基于性能的混凝土坝破损分析的初步工具。2.在基于性能的砼坝抗震动力模型方面,根据大坝动力线弹性与非线性损伤断裂模型得到的地震应力水平、超应力累积持时与典型开裂特征,建立了一种基于大坝损伤开裂的地震破损评价模型,并建议了相应的损伤评价指标DM(Damage Measure)。3.在基于性能的坝基交界面抗震分析方面,根据岩体结构面的法向和切向本构关系,分别引入坝体底面刚性接触和弹性接触假设,建立了坝基交界面非线性接触模型,提出了以坝基交界面屈服范围、残余滑动位移以及坝基动力抗滑稳定安全系数等为评价指标的坝基交界面地震破损安全评价方法。4.在应用以上2、3所述模型的基础上,引入坝体-地基系统破损概率即易损性理念,通过拉丁抽样得到的坝体与地基材料参数抽样样本组合和对数正态分布假设,提出了大坝易损性分析方法,给出了考虑坝体破损、坝基交界面的屈服与残余滑动位移的地震易损性概率曲线,并提出了坝体-坝基系统整体易损性分析方法。5.在工程应用方面,采用本文上述提出的抗震破损模型,应用于金安桥重力坝坝体-地基系统的地震易损性分析,结合大坝设计地震超越概率,建立了大坝抗震风险分析模型以及考虑投资-效益准则与目标性能约束的抗震优化决策方法。根据坝体配筋加固方案,计算出采用抗震措施前后的风险概率及其经济损失评价,将基于性能的抗震风险模型运用于混凝土重力坝的抗震风险评价中。
马慧[4]2014年在《基于ANSYS的混凝土重力坝抗震优化设计研究》文中研究说明水能作为一种清洁能源,不仅环保,还具有可再生性,其开发利用具有重要意义。水能的开发离不开大坝的建设,重力坝作为一种挡水建筑物,因安全可靠,对地形地质适应性强,便于施工等优点而被广泛采用。我国是地震多发的国家,建设重力坝的地区一旦发生地震,将带来灾难性的后果,所以重力坝的抗震安全研究是十分必要的。结构的优化设计具有十分重要的意义,因其往往能带来可观的经济效益。对重力坝断面进行优化设计,并对比设计前后的坝体在静力荷载、地震动力荷载下的应力指标,具有很现实的工程意义。本文使用有限元法计算重力坝的应力,使用反应谱法计算重力坝的地震响应。ANSYS是大型通用有限元软件,它包括前处理模块、分析计算模块以及后处理模块。ANSYS可以进行结构的静力和动力分析。此外,ANSYS自带优化模块,使用APDL语言编制程序可以对结构进行优化设计。本文基于ANSYS有限元软件对重力坝进行静力分析,得到了重力坝在静力荷载下应力和位移的分布情况。并基于ANSYS对重力坝进行模态分析和谱分析,分别求出了重力坝空库模型和满库模型的固有频率,竖向以及水平向地震作用下的应力和位移分布。最后,本文基于ANSYS通过APDL语言编制命令流实现了重力坝断面的优化设计。计算结果表明：一阶方法对重力坝进行优化的结果要好于零阶方法。且通过对比优化前后断面的一些指标可以知道,基于ANSYS的一阶优化设计不仅减小了重力坝断面面积,提高了设计的经济性,还使得大坝的安全性、抗震能力同时得到了提高。
王显治[5]2007年在《混凝土重力坝抗震配筋及抗震设防标准研究》文中指出我国在建和拟建的高坝有许多都处于强地震活动区域，大坝的抗震性能问题突出。本文采用ADINA有限元程序对简化的金安桥混凝土重力坝非溢流坝段进行地震时程分析，得到地震情况下，混凝土重力坝非溢流坝段大坝的薄弱环节为坝头部位、上游折坡点部位和坝踵部位。大坝裂缝出现顺序依次为：大坝下游面反弧段——大坝上游面坝头部位——大坝上游面折坡点附近。配置抗震钢筋是提高混凝土重力坝的抗震性能的一种常用方式。研究表明抗震钢筋不能阻止裂缝的发生，但在一定程度上可以起到限制混凝土裂缝发展的作用。对金安桥水电站工程配置抗震钢筋的抗震措施进行研究，寻求配置抗震钢筋的合理层间距，并探讨配置多层抗震钢筋的效果，寻找出金安桥水电站工程大坝合理配置抗震钢筋的形式。许多国家现行的大坝抗震规范为两级设防标准，我国的房屋抗震规范为叁级设防标准，而我国现行大坝抗震规范为一级地震设防标准。两级设防标准为大坝抗震规范的发展趋势。国内许多学者认为我国现行的大坝抗震规范对高坝的设防标准太高，一级设防标准太过单一，有不经济合理之处。作者通过自己对混凝土重力坝设计的认识，结合对国外相关规范的分析，提出一种对高混凝土重力坝采用两阶段地震设防标准的抗震设计思路。并以本文的混凝土重力坝抗震设计思路对金安桥水电站工程实例进行简单的优化设计，较现行的设计，可以优化大坝体型、减少抗震措施、降低工程造价。
赵瑞东[6]2007年在《碾压混凝土坝配筋抗震措施的试验及数值研究》文中研究指明我国的水能资源居世界之首，其中约80％分布在西南部地区。而我国西南部地区受环太平洋地震带及亚欧地震带的影响，地震活动频繁。随着我国水利水电建设的新一轮高潮的到来，一批高碾压混凝土坝将要建设于设计地震动峰值加速度达0.2～0.4g的西南部强震区，如最大坝高为172米的金安桥碾压混凝土坝和最大坝高为167米的龙开口碾压混凝土坝的设计地震加速度都达到了0.399g和0.394g。因此，大坝的抗震安全性是我国大坝设计中最关键的问题之一。有效的工程措施对于改善大坝的安全性能，增强其抵御意外荷载的能力等方面都可以发挥很好的作用。本文以金安桥碾压混凝土重力坝抗震模型试验为基础，通过模型试验及数值分析两种方法，分析了配筋直径、排数对地震作用下坝体的起裂、裂缝发展趋势、贯穿程度及坝体整体性等方面抗震性能的影响。本文主要研究了以下内容：(1)介绍水工结构动力模型试验的基本相似理论，详细论述了金安桥碾压混凝土重力坝模型试验的设计。对金安桥试验模型换算关系进行了探讨，分析了影响试验结果的几个主要因素。根据数值计算结果，采用阻尼、泊松比、高阶模态等多个修正系数，综合运用相似理论和有限元数值分析的修正来实现模型试验结果与原型反应之间的换算。(2)利用水下地震模拟系统，对金安桥碾压混凝土重力坝挡水坝段、排沙坝段、发电坝段以及溢流坝段四个坝段进行无抗震措施和局部配筋抗震措施模型试验。研究局部配筋抗震措施对坝体起裂加速度、坝体整体性等方面抗震性能的影响。(3)利用大型有限元通用软件ADINA8.2，采用以非线性弹性理论和断裂力学理论为基础的混凝土材料模型，并且考虑了地基、库水等条件对坝体的影响，研究了针对金安桥碾压混凝土重力坝挡水坝段的抗震钢筋配置问题，具体分析了抗震钢筋的配置位置、数量及配置形式对坝体起裂情况、裂缝扩展状态、裂缝贯穿情况以及坝体整体性方面的相关性影响。(4)通过对模型试验结果和数值分析结论的综合分析，得出适当的局部配筋是一种有效碾压混凝土重力坝抗震措施的结论。
沈怀至, 金峰, 张楚汉[7]2008年在《基于功能的混凝土重力坝抗震风险模型研究》文中认为抗震风险评价是基于功能的抗震设计的关键问题之一。通过对大坝可能出现的抗震风险进行分析论证,在技术和经济上进行风险评估,为大坝业主提供决策依据,也可对抗震风险提出优化措施或对策。在重力坝抗震风险分析中,采用已给出的抗震破损程度划分标准,利用地震危险性分析和坝体地震易损性计算,建立了抗震风险分析模型,进行了抗震措施分析。通过金安桥混凝土重力坝抗震风险实例研究,计算得出抗震优化前后的风险概率,说明了抗震风险模型可用于混凝土重力坝的抗震风险评价。
李恒[8]2017年在《基于ANSYS的关门嘴子水库重力坝设计与优化》文中研究指明关门嘴子水库位于鹤岗市,是目前该市的一个在建水利工程项目。工程的建设将作为鹤岗市梧桐河上游的大型控制性蓄水工程。重力坝作为这一水利枢纽中的核心水工建筑物,一旦失事将带来不可估量的后果。本论文结合关门嘴子水库重力坝的工程背景资料,对关门嘴子水库重力坝断面进行了规范设计,采用ANSYS软件对所设计的重力坝断面进行静力荷载有限元分析和水平方向地震惯性力有限元分析,并利用抗剪断公式对坝体进行了抗滑稳定性分析以及坝基的深层抗滑稳定性分析。基于关门嘴子水库重力坝的设计分析成果和相关文献资料,采用遗传算法建立了重力坝断面尺寸优化模型,通过VC++6.0进行编程计算。在分析了传统遗传算法优化模型的缺陷后,将自适应遗传算法引入到重力坝断面尺寸优化中,建立了优化模型,编制开发了基于自适应遗传算法的重力坝断面尺寸优化程序。通过对关门嘴子水库重力坝断面尺寸的优化,表明自适应遗传算法较传统遗传算法在参数的选择和计算速度上更胜一筹。优化成果表明:关门嘴子水库重力坝在满足稳定性的基础上,达到了断面面积最小,节省了混凝土浇筑量,实现了降低工程造价和缩短工期的目的。论文研究成果已由黑龙江省水利水电勘测设计研究院采纳并用于实际在建工程中。
寇立夯[9]2009年在《基于性能的高坝抗震设计若干关键问题研究》文中认为基于性能的高坝抗震设计研究在国内已经起步,本文从计算参数、分析方法和评价体系叁方面出发,对这一领域中尚未解决的几个关键问题开展了研究。论文的主要内容包括以下几个方面:1.将Hilbert-Huang变换引入拱坝振动台试验的模态参数识别。识别过程中发展了先根据频段分布对信号进行带通滤波,再对滤波得到的信号进行分析的方法,提高了识别的精度。通过对破坏试验的参数识别,揭示出频率和阻尼比随裂缝扩展的变化规律。2.对国内外混凝土拱坝的原型激震试验资料进行了收集和整理,对频率、阻尼等模态参数的分布规律进行了分析。3.对二滩水电站双曲拱坝在五次地震激励下的坝体响应进行了识别,得到了大坝的频率、振型、阻尼等基本信息,并根据动力有限元计算频率和识别频率相逼近的原则,建立了二滩拱坝的有限元模型。4.通过对原型试验、强震识别和振动台模型试验中阻尼参数的对比分析,建议线弹性反应阶段拱坝的阻尼比可按照现行规范取为3-5%,如果分析表明地震会带来横缝张开、坝体开裂等非线性响应,建议拱坝的阻尼比取7-10%。5.引入了基于概率意义的分析方法,以解决由于地震动输入不确定性而引起的结构反应不确定问题,最终得到了混凝土重力坝坝顶位移和损伤能耗的年超越概率。同时对SAC/FEMA建议的超越概率计算的简化方法进行了改进,对各条假定带来的影响进行了评价。6.初步建立了混凝土坝抗震安全评价体系。评价体系包含了从反应谱分析到线弹性时程分析、非线性时程分析和震后稳定分析的整个过程。作为工程应用,结合该评价体系,对金安桥水电站碾压混凝土重力坝在OBE、MDE和MCE叁个地震设防水准下的抗震安全性进行了评价。
商兆涛[10]2009年在《碾压混凝土重力坝静力及动力特性研究》文中指出论文采用有限元动力分析方法,分析了碾压混凝土重力坝溢流坝段的动力特性和地震动力响应,研究了碾压混凝土重力坝溢流坝段的频谱分布规律、地震动位移和地震动应力的分布规律。在理论上,论文对动力分析中所涉及的相关理论进行了简明扼要的阐述,介绍了动力分析中的基本概念、多自由度体系的运动方程及其解法、以及论文中所采用的反应谱法。论文对碾压混凝土重力坝动力分析中的一些特殊问题进行了研究:有限元计算时,计算模型的选取;坝基体系的相互作用;特别对库水与坝体耦合振动问题进行了详细的阐述。论文针对棉花滩水电站碾压混凝土重力坝溢流坝段,运用大型有限元软件ANSYS,对空库和满库两种工况采用静力分析方法,以得到其在不同工况下的应力和位移曲线的分布;采用模态分析和反应谱分析的方法,研究坝段两种工况下的自振特性、地震动位移和地震动应力响应的分布规律。最后建立叁维模型进行动力时程反应分析,主要研究其在地震荷载作用下的动位移和应力响应,以及其结构的动态开裂的研究。通过不同方式的数值分析,得出原型坝体的抗震薄弱部位。论文紧密联系实际工程,其研究成果对设计类似工程具有一定的参考和借鉴价值。论文最后对所做工作进行了总结,并提出进一步工作的发展方向和前景。
参考文献：
[1]. 混凝土重力坝动力响应分析及抗震措施研究[D]. 张甫杰. 大连理工大学. 2008
[2]. 混凝土重力坝抗震优化设计[D]. 段小波. 河海大学. 2004
[3]. 基于性能的混凝土坝—地基系统地震破损分析与风险评价[D]. 沈怀至. 清华大学. 2007
[4]. 基于ANSYS的混凝土重力坝抗震优化设计研究[D]. 马慧. 华北电力大学. 2014
[5]. 混凝土重力坝抗震配筋及抗震设防标准研究[D]. 王显治. 河海大学. 2007
[6]. 碾压混凝土坝配筋抗震措施的试验及数值研究[D]. 赵瑞东. 大连理工大学. 2007
[7]. 基于功能的混凝土重力坝抗震风险模型研究[J]. 沈怀至, 金峰, 张楚汉. 岩土力学. 2008
[8]. 基于ANSYS的关门嘴子水库重力坝设计与优化[D]. 李恒. 哈尔滨工程大学. 2017
[9]. 基于性能的高坝抗震设计若干关键问题研究[D]. 寇立夯. 清华大学. 2009
[10]. 碾压混凝土重力坝静力及动力特性研究[D]. 商兆涛. 合肥工业大学. 2009