颜晓梅[1]2004年在《重力坝溢流坝段动力特性及地震响应研究》文中研究表明本文采用有限元动力分析方法，分析了重力坝溢流坝段的动力特性和地震动力响应，研究了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。 从理论上而言，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、以及本文中所采用的反应谱法。 对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；库水与坝体的耦合振动；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。 针对向家坝溢流坝段，运用大型有限元软件ANSYS，采用模态分析，研究了溢流坝段的自振特性，依据反应谱理论，分析了其地震动力响应规律。 在工程常见范围内变动坝高，研究了不同坝高对溢流坝动力特性及地震反应的影响规律，丰富了高坝设计理论。 在工程常见的范围内变动坝基弹模，研究地基刚度变化对溢流坝动力特性及地震反应的影响规律，对水工建筑物规范建议采用刚性地基的观点提出了质疑。 最后，对本论文的工作进行了总结，并提出了进一步工作的发展方向与前景。
商兆涛[2]2009年在《碾压混凝土重力坝静力及动力特性研究》文中进行了进一步梳理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。
陶磊[3]2017年在《工程结构考虑地基—结构动力相互作用影响的地震响应分析》文中研究指明一般的建筑物体量较小,建基面位于平坦的地面。结构的地震反应分析,常采用刚性基底假定,按一致地震动输入处理,即忽略了地基—结构的动力相互作用。建造于高山峡谷中的高坝,建基面位于开挖露出基岩的谷底和部分边坡之上,呈U形或V形。若研究高坝在极端地震下的灾变行为,需重点考察坝与建基面,坝段之间的横缝的张合与滑移过程。如果不计地基—坝体的动力相互作用,模拟结果会严重失真。近几年我国火电与核电建设中的出现了高度200m级的大型冷却塔,底部直径达到了 150m以上,冷却塔的自振特性表现为前数十阶乃至上百阶振型均为局部振型,相应自振频率分布十分密集,明显不同于常规的建筑结构。据该特点容易联想到冷却塔结构将会对地基—结构的动力相互作用以及地震动的行波效应十分敏感。对高坝和高耸冷却塔抗震研究而言,动力相互作用问题愈显突出,是一个不可回避的关键科学问题。针对上述两类结构,以实际工程项目为研究背景,建立了设置粘弹性人工边界的地基—结构动力相互作用的叁维分析模型,分别推导了自由场输入情况下,S波和P波竖向入射、SH波水平入射、LOVE.面波水平入射叁种情况下,近域地基的前、后、左、右和底面五个人工边界面上不同位置的等效结点动力荷载的表达式。采用通用程序ANSYS,对碾压混凝土坝和冷却塔算例结构,计入地基—结构动力相互作用影响,开展相应的地震反应分析,进行了多种工况下的计算对比分析研究,主要研究内容及成果如下:1.以印度尼西亚某实际碾压混凝土重力坝作为算例结构,开展最大可信地震(MCE)情况下混凝土重力坝全坝段叁维有限元非线性灾变分析,分别按无质量地基模型—致地震动输入方法和粘弹性边界地震动输入方法,同时考虑几何非线性和接触非线性,进行地震反应时程分析。在地震过程中各缝面均产生张开—闭合—接触—滑移现象。从坝顶关键点永久位移、坝基开裂范围、横缝张开度和滑移量,以及震后静力抗滑稳定安全系数可以判断,大坝具有一定安全裕度,考虑无限地基辐射阻尼效应的粘弹性人工边界模型结果的动力响应较无质量地基模型结果小。2.得到了地基—库水—重力坝模型以正常蓄水位下的正常运行静力工况为初始条件,整个体系的MCE地震作用下全过程的灾变形态,并对地震作用下单坝段抗滑、抗倾覆等抗震安全性进行了评价。3.利用弹性波动理论,首次推导了水平向SH波、LOVE面波入射时的地震动输入公式,并编制APDL命令在通用程序ANSYS中得以实现。通过按正弦规律变化的SH波、LOVE面波的算例,与解析解对比验证了新建输入方法的正确性。4.研究了地基刚度变化对冷却塔动力特性的影响规律。通过算例冷却塔建立了包含均匀弹性地基的地基—冷却塔模型和考虑承台、基桩协同工作的桩基—承台—冷却塔有限元模型,分别取不同地基剪切波速以及刚性地基模型进行参数敏感性分析。研究表明:冷却塔的自振频率分布十分密集,基本振型均为塔筒局部振型,整体振型出现较晚,随着地基刚度的增加,各阶自振频率有所增加,但增幅有限。桩基—承台—冷却塔有限元模型,能够考虑到地基的有限刚度影响,其动力特性与地基—冷却塔模型规律基本一致。5.研究了同时考虑行波效应和地基—结构动力相互作用两种因素对冷却塔结构地震反应的影响规律。在无质量地基模型一致地震动输入情况下,塔筒上沿子午向和环向平面各点位移、加速度变化很小,呈整体平动特点,地基刚度变化对塔筒动力响应影响很小。辐射阻尼效应可显着降低结构体系的动力响应,采用粘弹性边界模型,塔筒的绝对加速度最大值降低40%左右。在SH波、LOVE面波输入情况下,以基本振型为主的局部振型被激发出来。考虑辐射阻尼效应后,冷却塔基底各点输入的加速度峰值较无质量地基模型减少20%～50%,但环向分布特点基本一致,沿输入的水平方向略大于与其正交的水平向,考虑行波效应后,各基底输入点存在明显相位差。不同地基土剪切波速的水平入射SH波,若输入SH波波速较慢,各代表点响应较低,辐射阻尼效应很显着;若输入SH波波速较快,则各代表点响应较大,接近于无质量地基模型情形,辐射阻尼效应比行波效应对于结构的影响更为明显。随着地基土剪切波速的增加,基底支承点处的绝对加速度逐渐接近自由场地震动输入,上部结构对地震波的散射效应逐渐减弱。6.在无质量地基模型一致地震动输入情况下,随着地基刚度的增加,X支柱的轴力变化不大,而绕环向弯矩增加很显着。采用粘弹性边界模型分析,计入辐射阻尼效应,显着增加了塔筒环向内力而降低了子午向内力,X支柱的内力幅值也降低20%～50%。考虑SH波、LOVE面波行波效应后,塔筒的最大主应力有所增加。SH波输入情况下,考虑地基—结构动力相互作用,激发了冷却塔局部振型,随着SH波速波速的增加,X支柱内力增幅明显,可见无限地基辐射阻尼效应的影响很重要,在动力分析时不可忽略。
程冬[4]2008年在《丰满混凝土重力坝的地震响应分析》文中研究指明对于大型水利水电工程来说,首先需要保证的就是工程安全可靠,其次才是经济效益。大坝等水工建筑物的安全问题是关系到国计民生的大事,一旦出现事故,会对下游城镇造成巨大的影响,后果将是灾难性的。丰满混凝土重力坝位于吉林省吉林市,由于其建设时期的特殊性和建设历程的复杂性,大坝自建成以来就一直存在着比较多的先天性缺陷。而我国又是一个多地震国家,因此,了解丰满混凝土重力坝的抗震性能以及因地震而出现的损伤情况与规律是非常必要的。鉴于此,本文对丰满重力坝两典型坝段的地震响应进行了计算与分析。本文介绍了相关的动力分析理论、混凝土损伤的基本原理以及有限单元法,并对一些抗震计算方法进行了简单的阐述。为了更好地计算受地震荷载作用所引起的地面运动而导致大坝水位运动对坝体的影响,文章中采用扩充后的广义Westergaard公式来计算动水压力。并因此对丰满重力坝的溢流坝段和挡水坝段中的两个典型坝段在空库、设计水位以及满库叁种不同工况下的自振特性进行了计算,对比分析得到了两坝段在不同工况下的频率特点。并利用反应谱法对两个坝段分别进行了地震动力响应计算,对比分析了因地震引起的坝体位移和应力。此外,本文基于混凝土塑性损伤模型,定性地分析了两典型坝段在设计水位工况下遭遇到地震而产生的损伤及损伤发展情况。最后,根据计算分析所得到的结果总结了丰满混凝土重力坝的抗震薄弱位置和地震响应规律,并因此给出了相关的建议。
张甫杰[5]2008年在《混凝土重力坝动力响应分析及抗震措施研究》文中研究说明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。
丁柱[6]2017年在《强地震作用下混凝土重力坝抗震性能及稳定性分析》文中认为随着我国经济的高速发展,对能源的供应需求在不断增大。我国西部地区水力资源约占全国总量的70%,为了合理利用这些水能资源,我国在西部地区正在建设或将要建成一系列世界级的高混凝土重力坝。然而坝址地震频发且烈度较高,重力坝坝体一旦遭到破坏,将会产生灾难性的后果。因此,为了确保重力坝的安全,本文采用有限元动力分析方法,以某水电站混凝土重力坝溢流坝段作为研究对象,对高强度地震下混凝土重力坝的动力特性及其抗震安全性进行了深入的研究和探讨。主要做了以下几个方面的研究工作:1、建立有限元模型,对重力坝进行模态分析,分别求出了空库和满库的固有频率,分析坝体的自振特性,获取其自振周期以及结构的振型。2、采用新的地震动参数,运用振型分解反应谱法和时程动力法分别对重力坝进行抗震计算,分析了各工况下坝体关键部位的地震动位移和地震动应力分布规律。重点分析了应力集中的部位(包括坝踵、坝趾、上下游折坡处、近水面和坝顶),研究了该混凝土重力坝对地震的响应规律;确定结构的薄弱部位,并提出有效可行的抗震加固措施。为指导大坝及其系统的抗震安全运行和工程管理提供科学依据。3、运用混凝土塑性损伤模型模拟结构的非线性特性,对典型坝段进行模拟,分析在地震峰值加速度不断增加时坝体屈服区域的发展方向,以及混凝土重力坝的破坏过程和破坏形态,对不同烈度地震作用下坝体裂缝的出现位置、出现范围与裂缝发展趋势进行描述。找出了坝段在强震作用下抗震关键部位和薄弱环节。得到了混凝土重力坝在强震作用下的非线性破坏形式,较为真实的反映出坝体的响应。4、对基础进行了稳定性验算,基于振型分解反应谱法计算结果以及基于时程动力法计算结果,对坝体沿建基面的抗震稳定安全进行了深入的探讨研究。本论文的工作紧密结合工程实际,以具体工程为研究背景,其研究成果对设计及类似工程具有较大的参考和借鉴价值。同时,高地震烈度下混凝土重力坝的动态反应是非常复杂的问题,其动力分析中一些问题的处理还有待不断的深入研究。
陈雯[7]2006年在《金安桥碾压砼重力坝动力模型试验中的几个关键问题》文中研究指明当今世界,原油价格持续高涨,作为可再生能源之一的水利发电,为解决我国可持续发展的能源瓶颈问题,正发挥越来越大的作用。在西部大开发国策的支持下,我国将在水利资源非常丰富,同时地震烈度较高的西南和西北强震区规划和修建一批水利水电工程,为东南和华南沿海地区提供电力,同时起到防洪、灌溉、引水、养殖等综合效益。大坝的抗震安全性能关系到下游广大地区工农业生产和人民生命财产的安全,具有重要的意义。金安桥水电站位于云南省丽江地区,采用的坝型是碾压混凝土重力坝,其最大的特点是坝址所在地区的地震烈度及地震加速度峰值之高在国内已建、在建及拟建的工程中,均属首位。 本论文结合金安桥碾压混凝土重力坝工程的抗震性能研究,对大坝按不分缝模型和分缝模型分别进行叁维整体动力试验。试验中考虑了横缝、动水压力和地震激励方向的影响,得到了整个坝体的空间动力特性数据,为进一步分析提供了基础资料。本文主要工作有: 1、介绍了模型试验的材料、地震输入、传感器布置等制作和安装情况。对金安桥试验模型换算关系进行了探讨,分析了影响实验结果的几个主要因素,如阻尼、泊松比、高阶模态、基础范围等。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、简述了模型试验结果,推导了叁维弹性有限元基本公式,利用大型有限元通用软件ANSYS建立整体大坝叁维有限元模型。计算模型考虑了库水、横缝、激励方向叁个方而的因素,从整体的角度分析大坝的地震响应,并与模型试验结果进行了比较,计算结果和试验数值一致性较好。 3、对金安桥混凝土碾压重力坝进行了地震响应分析,并讨论了库水、横缝和地震动输入方向对整体大坝的频率、振型、位移和应力分布的影响,取得了一些有参考价值的结论。
宋曰良[8]2013年在《辽宁参窝水库溢流坝段裂缝状态下地震反应分析》文中研究指明混凝土重力坝作为大型水库的重要坝型之一，在我国水利工程中得到广泛应用。目前，我国在服役的混凝土重力坝多建于上世纪60、70年代。经过多年运行，我国很多重力坝已出现了裂缝、碳化、钢筋锈蚀、渗漏等诸多病害。其中裂缝问题最普遍，危害也最严重。事实上，混凝土重力坝带裂缝工作已属常态。过去，虽然国内外对混凝土重力坝的抗震问题进行了深入研究。然而，对于长期服役后出现较大控制性裂缝的混凝土重力坝的地震反应与破坏机制研究尚不多见。因而，对于地震作用下带裂缝工作的旧混凝土重力坝动力反应和地震安全性的研究势在必行。基于此，本文分析了带裂缝工作的辽宁参窝水库混凝土重力坝溢流坝段地震反应和破坏基本特征。主要研究内容与成果如下：首先，直接针对参窝水库混凝土重力坝溢流坝段的实际状况，建立了考虑坝-库水-基岩耦合效应的典型溢流坝段抗震分析有限元模型。数值模型中采用等效一致黏弹性人工边界模拟基岩的无限区域辐射阻尼影响。利用耦合的拉格朗日-欧拉有限元分析技术模拟了坝体－库水动力相互作用效应。采用混凝土弥散裂缝本构模型模拟动荷载作用下混凝土材料的动力特性，并刻画坝体裂缝发生、扩展的基本状态。其次，针对高库水位、低库水位和空库叁种情况，利用上述数值模型，研究了新建时参窝水库混凝土重力坝溢流坝段地震响应的基本特性，重点分析了坝体的动位移和动应力反应规律。为了验证数值模拟结果的正确性，同时采用振型分解反应谱法对溢流坝段进行了抗震分析。研究显示：新建时参窝水库混凝土重力坝溢流坝段的坝踵、闸墩与溢流堰交接处应力最大，其次坝趾、闸门处部位应力也较大。最后，基于新建时参窝水库混凝土重力坝溢流坝段地震反应的数值模型，考虑现在坝体上出现的主要裂缝，根据现场实际测量的闸墩裂缝分布情况及已开展的参窝水库溢流坝段闸墩裂缝力学成因研究的成果，在数值模型中确定了叁条控制性的裂缝，并采用弥散裂缝模型模拟坝体的裂缝带，进行带裂缝工作状态下的重力坝溢流坝段地震反应分析。针对高库水位、低库水位和空库叁种工况下，研究了地震下带裂缝的溢流坝段的动应力、动位移反应情况，分析了地震过程中坝体混凝土开裂与破坏的过程，并对比分析了有、无裂缝状态下溢流坝段地震反应与破坏规律的差异，研究裂缝的存在对大坝地震反应和安全性的影响。研究表明，坝体裂缝的存在致使溢流坝段的地震反应显着增强。地震作用下坝体裂缝将继续扩展，进而破坏坝体的整体性，加剧坝体各部位的应力和破损情况。
王欣娟[9]2007年在《考虑建基面开裂的重力坝地震响应研究》文中研究说明地震作用下,重力坝尤其是其坝踵部位会随着地震加速度的变化而不断的受拉和受压,通常情况下会达到其抗拉强度而开裂,并在以后的地震响应下不断的开裂和闭合,导致坝体内部的应力重分布。为了解该状况下重力坝的抗震特性,本文结合接触理论用有限元法分析了考虑坝基接触面开裂滑移时重力坝非溢流坝段的动力响应,通过了解其地震动应力分布规律研究了部分坝基接触面开裂对重力坝动力特性的影响。本文对动力分析中所用的相关计算理论进行了简明扼要的阐述和说明。其中主要包括地震响应分析方法和接触算法。在重力坝的地震响应中,坝库间相互作用产生的动水压力、基岩特性、裂缝、人工边界的处理以及时程分析中地震波的选择问题,通常对坝体的地震响应有着较为重要的影响,本文对这些需注意的问题进行了一定的阐述和讨论。结合吉沙水电站对其非溢流坝段进行了模态分析,并通过弹簧单元研究了正常蓄水位和空库时坝基接触面开裂对坝体自振特性的影响。然后分别进行了不考虑及考虑坝基接触关系时正常蓄水位工况下坝体的时程动力分析,并对结果进行了比较分析,探讨了坝基接触面上可能的开裂和滑移对大坝地震响应历程的影响。本文研究表明,考虑建基面的开裂,坝体受力状况有恶化趋势,受拉最不利部位由坝踵沿建基面向下游发展至裂缝右端。同时,坝基面周围区域应力增长较大,而坝体其他部位应力所受影响较小。因此,当坝基接触面开裂后,建基面的安全问题亟需引起注意。最后,本文对所做工作进行总结,并提出了进一步的研究方向和发展前景。
张斌[10]2009年在《碾压混凝土重力坝抗震措施模型试验研究》文中研究指明随着国民经济的快速发展,我国水电能源开发利用进入重要的发展时期。一大批世界级高混凝土坝在我国西南地区开工建设,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。这些高混凝土坝的抗震安全将直接关系到相关地区国民经济的和人民生命财产安全。本文以研究碾压混凝土重力坝的地震破坏形态、破坏机理与抗震措施为目的,从碾压混凝土重力坝坝段动力模型试验入手,结合数值计算研究重力坝的破坏模式与抗震措施,讨论抗震配筋优化问题。为工程设计人员有针对性地采取工程措施进行大坝抗震设计提供参考。具体做了以下五个方面的工作:1.为了模拟实际工程中采用的抗震配筋措施,探索细金属丝在仿真混凝土中的特性。通过模拟配筋的四点弯折试验得到在适筋情况下可以不考虑钢筋与混凝土的粘结滑移效应的结论。在这种情况下,研究配筋量的相似率:采用牛顿第叁定律与粘结力相似准则,推导出钢筋有效面积比尺作为相似配筋量的相似率。2.以仿真混凝土为基体,掺入粘土或橡胶颗粒来增强仿真材料塑性,探讨高塑性的仿真材料的物理特性。为在不完全几何相似的情况下的模型大变形反应和塑性混凝土的相似材料两方面研究提供了一定的参考。3.采用水下电液伺服地震模拟系统对阿海碾压混凝土重力坝典型坝段进行无抗震措施与局部模拟配筋抗震措施模型试验。分析厂房坝段动力破坏形式,研究局部配筋对地震荷载作用下对挡水与溢流坝段破坏动力非线性反应影响。4.利用ABAQUS平台对阿海碾压混凝土重力坝进行有限元分析。采用弹塑性损伤本构模拟混凝土非线性,同时依据模型试验配筋量相似比率建立局部抗震配筋的坝体原型有限元模型,进行了挡水坝段的抗震配筋影响分析。5.优化配筋方案计算分析不同形式的局部抗震配筋对挡水坝段的动力非线性反应的影响,具体从动力放大倍数、极值应力、极值位移、损伤发展、不可恢复应变与整体耗能几方面进行探讨。同时给出线弹性情况下规范配筋量与之进行对比。
参考文献：
[1]. 重力坝溢流坝段动力特性及地震响应研究[D]. 颜晓梅. 武汉大学. 2004
[2]. 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
[3]. 工程结构考虑地基—结构动力相互作用影响的地震响应分析[D]. 陶磊. 西安理工大学. 2017
[4]. 丰满混凝土重力坝的地震响应分析[D]. 程冬. 大连理工大学. 2008
[5]. 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
[6]. 强地震作用下混凝土重力坝抗震性能及稳定性分析[D]. 丁柱. 昆明理工大学. 2017
[7]. 金安桥碾压砼重力坝动力模型试验中的几个关键问题[D]. 陈雯. 大连理工大学. 2006
[8]. 辽宁参窝水库溢流坝段裂缝状态下地震反应分析[D]. 宋曰良. 哈尔滨工业大学. 2013
[9]. 考虑建基面开裂的重力坝地震响应研究[D]. 王欣娟. 天津大学. 2007
[10]. 碾压混凝土重力坝抗震措施模型试验研究[D]. 张斌. 大连理工大学. 2009