拱坝横缝配筋动力响应的模型试验和计算分析

配置横向跨缝钢筋后,拱坝在动力荷载下的非线性响应是高拱坝领域的一个重要课题。该文在采用脆性材料制作的带横缝配筋拱坝模型的基础上,通过振动台模型试验研究了带横缝拱坝在谐波和地震波作用下的动力响应,并运用改进的拱坝非线性分析有限元程序ADAP-88(增加配筋数值模型)进行计算比较。试验结果验证了横向配筋数值分析模型的正确性,揭示出带横缝拱坝在地震荷载作用下的一些反应规律,包括配置跨缝钢筋可明显减小强震作用下横缝的张开度,防止止水遭到破坏,并明显提高拱坝的整体性。     

拱坝横缝配筋动力响应的模型试验和计算分析

配置横向跨缝钢筋后,拱坝在动力荷载下的非线性响应是高拱坝领域的一个重要课题。该文在采用脆性材料制作的带横缝配筋拱坝模型的基础上,通过振动台模型试验研究了带横缝拱坝在谐波和地震波作用下的动力响应,并运用改进的拱坝非线性分析有限元程序ADAP-88(增加配筋数值模型)进行计算比较。试验结果验证了横向配筋数值分析模型的正确性,揭示出带横缝拱坝在地震荷载作用下的一些反应规律,包括配置跨缝钢筋可明显减小强震作用下横缝的张开度,防止止水遭到破坏,并明显提高拱坝的整体性。     

Nam Ngum5水电站分缝重力拱坝地震响应分析

针对老挝在建的Nam Ngum5水电站重力拱坝,利用基于ABAQUS平台的非线性指数型动接触模型和混凝土塑性损伤本构模型,研究了该重力拱坝在地震荷载作用下横缝的张开、闭合和滑移的非线性动力特性以及坝体的动力响应.计算结果表明:横缝张开使得大坝的坝踵主拉应力大幅增加至3.0MPa;考虑诱导短缝时,坝体整体性下降,刚度减弱,坝顶顺河向动位移响应有一定幅度的提高,同时横缝的开度也有所增加,但诱导短缝对坝体应力的影响较小;大坝能承受的最大峰值加速度为0.40g,大坝可能的破坏模式为从横缝底端与岸坡交界面处起裂,损伤部位逐渐向坝踵以及左岸坝肩、右岸坝肩延伸.     

考虑橫缝非线性对沙牌拱坝动力响应的影响

强震作用下横缝的开合对拱坝的动力响应有着显著的影响。本文结合实际工程,依据最新的坝体参数资料,建立了考虑拱坝横缝非线性的有限元模型。用粘弹性人工边界计及地基的辐射阻尼效应,采用有限元混合法模拟横缝的非线性行为。给出了四种工况,从坝体的应力分布、顺河向位移及横缝的张开变化等角度,研究了橫缝非线性对沙牌拱坝动力响应的影响。结果表明：横缝的张开使坝体的拱向应力得到了明显的释放,拱梁之间存在着一定程度的应力重分布;随着库水位的降低,横缝的开度增大的趋势较为明显,但坝体顺河向位移的变化不是很明显。     

考虑横缝非线性对沙牌拱坝动力响应的影响

强震作用下横缝的开合对拱坝的动力响应有着显著的影响。结合实际工程,依据最新的坝体参数资料,建立了考虑拱坝横缝非线性的有限元模型。用黏弹性人工边界计及地基的辐射阻尼效应,采用有限元混合法模拟横缝的非线性行为。给出了四种工况,从坝体的应力分布、顺河向位移及横缝的张开变化等角度,研究了橫缝非线性对沙牌拱坝动力响应的影响。结果表明:横缝的张开使坝体的拱向应力得到了明显的释放,拱梁之间存在着一定程度的应力重分布;随着库水位的降低,横缝的开度增大的趋势较为明显,但坝体顺河向位移的变化不是很明显。     

小湾拱坝的地震反应分析

在对小湾拱坝的三维系统进行地震分析中,考虑坝体与库水的耦合作用,分别采用线弹性模型及非线性模型进行计算,得到了系统的自振特性及动力反应结果。结果表明,坝水耦合作用提高了坝的整体质量,降低了自振频率;伸缩横缝削弱了拱坝的整体刚度,对拱坝地震反应产生较强的非线性影响。     

拱坝横向配筋的非线性地震反应分析模型

研究了高拱坝横向配筋对于拱坝的抗震加固作用。根据横缝配筋的非线性本构关系,并依据刚度准则和强度准则建立了相应的计算模型,通过对实际工程BigTujunga拱坝的应用,初步验证了模型的合理性。计算结果表明:拱坝横向配筋可以显著控制横缝张开、加强拱坝整体性并一定程度减缓由于应力重分布导致的梁向应力恶化的程度,对提高拱坝抗震安全性是有利的。     

分缝拱坝模型动力试验研究和分析

采用小结构模型试验方法研究了带有横缝拱坝的动力特性和动力响应。试验模拟了拱坝的无缝、局部有缝和全缝三种不同的构造,分析了探讨了关于分缝拱坝的动力性态的变化规律,并用相应的线性和非线性有限元法进行了计算比较,取得了基本一致的变化规律,对强震激励下的横缝破坏机理作了分析讨论。     

地震非均匀自由场输入下的拱坝非线性反应分析

针对高拱坝抗震研究的需要,完成了有限元边界元无限边界元耦合模型地震非均匀自由场输入下的拱坝非线性反应分析。用此模型对溪洛渡拱坝进行计算分析的结果显示:非均匀自由场幅差和相差对拱坝反应有显著的影响,一方面幅差和相差带来结点运动的相互牵掣,降低拱坝主体的响应,另一方面强化了局部扭曲,在某些情况下可能带来局部拉应力和横缝开度的大幅度升高,而且可能会改变坝体动力反应机制和规律。因此对重要的高拱坝抗震设计,有必要考虑横缝非线性、地基辐射阻尼及自由场幅差和相差的影响。     

带覆土预应力混凝土梁抗冲击试验

通过在跨中施加落锤冲击荷载的方法,研究了3根带覆土无粘结部分预应力混凝土梁的抗冲击性能,给出了典型的实测波形曲线,得到无粘结部分预应力混凝土试验梁在落锤冲击荷载作用下的动力特性和极限承载能力,分析了落锤重力势能及少量覆土对预应力混凝土梁动力性能的影响,并根据相似模拟理论,得出了与试验梁相似的12 m跨度的实际无粘结部分预应力混凝土梁的极限抗冲击承载能力.结果表明:带少量覆土无粘结部分预应力混凝土试验梁具有很好的抗冲击性能,不会发生脆性破坏,可用于大跨度地下结构.     

Research advance in failure risk and local strength failure for high arch dams

To develop national economy and use the water resources and hydropower resources sufficiently,a lot of high arch dams,with the height of more than 200 m,have been and will be built in China.Although arch dams have good mechanical behavior,there is still failure possibility due to the huge water pressure and high stress level in dam,complex topographic and geologic conditions,formidable environment and high intensity earthquake.As one of the three main aspects concerning the safety of high arch dam,the study on global destruction,has been elaborated in the literatures,and research advance in the other two aspects,namely the failure risk and local damage of high arch dams,will be reviewed in this paper.In recent years,the failure risk of high arch dams has been investigated,and the model for identifying dam failure risk factors has been established.It is shown that the foundation deterioration and strong earthquake are the major risk sources for high dam failure.With the fault tree method,the failure mode and failure probability of high arch dams are studied,and the principle for determining failure mode and the method of calculating failure probability are proposed.Meanwhile,the determination principle of acceptable risk standard for high arch dam was proposed,and the acceptable risk rate and the acceptable standard value of various risk losses were given.For the local damage of arch dam,it is pointed out that the local damage belongs to the strength failure at material level.The study on local failure mechanism of arch dam is reviewed,based on the theories that from traditional strength theory to damage mechanics and meso-mechanics theory.Aiming at the cracking,the main pattern of local failure of high concrete dam,the research advances in the analysis methods and cracking criteria for smeared crack model and discrete crack model are summarized,and the research findings of preventive measures for local failure are shown.     

高拱坝失效故障树模型与失效概率

研究高拱坝洪水、地震、山体滑坡等外载荷,坝身混凝土、坝基岩石材料强度弱化等的随机性,以及评价准则的模糊性;分析了高拱坝分别基于强度理论和稳定理论确定性评价方法的不足,提出应该利用模糊数学方法解决具有随机性、模糊性的高拱坝安全评价问题;建立了基于结构可靠度理论的高拱坝失效概率故障树模型并给出了具体算例.     

基于并行改进遗传算法的拱坝位移反分析

引入小生境技术和自适应杂交变异概率方法,基于并行有限元程序,给出了适合推求拱坝和地质力学参数的位移反分析并行遗传算法,并编制了相应的程序,利用地质力学模型试验数据,对溪洛渡拱坝进行了位移反分析,得到了和试验相一致的坝体混凝土和地基岩体的力学参数。结果表明,该算法可以有效解决简单遗传算法的早熟收敛问题,收敛效率得到明显提高。当采用16个CPU进行并行计算时,可以达到42%的计算效率,表明该算法适用于拱坝这样复杂的三维结构的位移反分析,可以大大减少拱坝位移反分析的时间。     

拱坝极限承载力的分析方法研究

本文讨论拱坝极限状态与极限承载力的分析方法.采用非线性有限单元法,分别根据最大正应力准则和脆性损伤模型,求得了某高拱坝的极限水压力超载系数,两种计算模型求得的该拱坝的破坏方式基本相同,极限超载系数接近,说明了建议的方法可以进一步用于拱坝的设计.     

拱坝-无限地基系统非线性地震超载分析

汶川地震的经验表明,高拱坝可能遭受远超其设计烈度的强地震作用.研究拱坝的地震损伤破坏情况,探究其地震超载潜力,对于防止发生严重的地震灾变具有重要意义.在拱坝的动力分析中,采用宏观均质假定基础上考虑混凝土细观非均匀性影响的地震损伤破坏模型,以及基于阻尼溶剂抽取法的拱坝-地基动力相互作用模型以考虑无限地基辐射阻尼的影响,研...     

辐射阻尼与峡谷自由场分布对拱坝动应力的影响

利用频域边界元－无限边界元与时域有限元在时域内耦合而建立的耦合 模型能够较好地模拟拱坝地基的辐射阻尼，并能考虑峡谷自由场幅值、相位 的空间分布对拱坝动力响应的影响．本文利用该模型分析了谐波作用下拉西 瓦拱坝的动应力，并通过比较计算，研究了上述因素的影响，得到了一些有实 际意义的结论．     

拱坝开裂约束下体形优化设计研究

建立开裂约束下拱坝体形优化设计模型,在5种工况下采用改进的复合形法对拱坝体形进行常规优化设计,然后采用三维非线性有限单元法,研究不同工矿下拱坝的开裂位置和深度,以探讨拱坝开裂对其他工矿下坝体应力状态的影响.实例计算得出了比较合理的拱坝优化体形.     

特高薄拱坝坝体屈曲分析及应力控制指标的修正

对高薄拱坝几何参数进行了统计分析,根据此分析结果建立了特高薄拱坝稳定分析概化模型.采用空间有限元稳定分析方法对特高薄拱坝的坝体屈曲问题进行了研究,并通过对拱坝的强度和稳定超载分析,得出了拱坝破坏包络曲线.分析结果表明,特高薄拱坝设计时应重视坝体屈曲影响,考虑坝体屈曲影响后应对应力控制指标进行修正.     

以应力为目标的拱坝体型优化设计

针对垢次曲线型拱坝,以最大拉应力最小为目标,建立了拱坝体型优化设计的数学模型,对某拟建高拱坝进行的优化设计研究表明,二次曲线拱坝能够更好地适应河谷形状;采用本文模型获得的优化体型可以在一定的坝体体积限制下,使最大拉应力得降到降低而且拉应力区域也有所减小。