混凝土面板堆石坝与库水动力相互作用研究

推导了时域内求解压缩性库水与面板堆石坝相互作用的计算公式,研究了不同动力压力模型对坝水系统自振频率及实测地震作用下坝体动力反应的影响。结果表明,动力压力模型对系统频率的影响不大;坝体动力反应,威氏公式与不可压缩库水模型接近,可压缩库水模型与不考虑动力压力情况接近,地震所激起的动力压力不同模型虽有差别,但数值较小,面板堆石坝的动力分析建议采用可压缩水体动力压力模型。     

重力坝动水压力与地震干扰频率的关系

地震时大坝坝体与水体的动力作用是水工抗震分析中的重要问题 ,特别是水体的可压缩性对动水压力的影响一直是水工结构设计和研究者所关心的问题。作者从解析解和有限元数值解的角度详细分析了库水动水压力与干扰频率的关系 ,实际的计算表明 ,高坝的抗震安全性设计时考虑该因素是完全必要的     

重力坝-库水-地基相互作用分析方法比较研究

对5种不同高度的重力坝分别采用流固耦合模型与附加质量模型进行了坝体-库水系统相互作用的时域地震动分析.将这两种模型计算所得动水压力结果与Westergaard公式解析解相比较可知,约70m高的中低重力坝采用Westergaard公式计算动水压力就能满足工程实际的要求;对于160m以上的中高重力坝,采用流固耦合模型计算库水作用及坝体动力响应较为接近现实情况.从坝体频率、位移、峰值加速度(PGA)三个方面的结果可以看出,附加质量模型模拟地震条件下库水对坝体作用较流固耦合模型有一定的夸大,对中高坝而言更为显著.地基对200m级高坝库水作用的影响非常明显,在计算坝体与库水相互作用时地基作用不可忽略;对于70m高的中低坝,地基作用可以不用考虑.     

不同库水模型对高拱坝动力特性的影响

给出了3种模型及不同情况下高拱坝动力特性的数值求解方案,并结合实际工程分析了不同库水模型对高拱坝动力特性所产生的影响.计算和分析结果表明:不同库水模型对坝体的自振频率、振型参与系数和振型等动力特性的影响程度相差较大;可压缩库水模型最能真实地反映库水的特性和库水对坝体动力特性的影响,可采用可压缩库水模型来求解高拱坝的动力特性.     

钢筋混凝土护面加固对重力坝地震反应影响

以钢筋混凝土护面加固的丰满重力坝为研究对象,采用基于ANSYS整体式钢筋混凝土有限元法,建立代表性溢流坝段三维模型分析大坝加固前后的静动力特性.结果表明:护面加固后坝顶最大静位移量减少约14%,地震载荷下最大动位移量减少约6%;加固后地震响应更趋向平缓,峰值响应的出现迟于加固前,对抗震是有利的,但坝体顶部正向地震响应会因护面加固后刚度和质量增加而增大;护面加固能够显著地改善坝体顶部和下游坝肩部位老混凝土的应力状态,但对坝体上游坝面和坝踵部位的应力状态基本没有影响.钢筋混凝土护面对坝体抗震能发挥一定作用,但应重视坝肩和坝顶增大的动力响应对护面抗震的不利影响.     

矶头水电站大坝的地震反应分析

采用坝－水－地基系统动力耦合的边界单元法，计算在基底地震加速度情况下的矶头水电站大坝的地震反应．对坝体系统的动力特性、坝面动水压力、坝顶动力放大系数进行分析和计算，并对大坝的动力稳定性进行校核．     

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。     

拱坝坝面动水压力的加权余量解法

本文假定库水为无粘性的不可压缩流体,将坝-水系统作为三维问题.利用加权余量法给出了一种求解拱坝坝面动水压力的计算方法.文中研究了矩形河谷上拱坝坝面动水压力的分布规律,并讨论了河谷宽高比和拱坝中心角等因素对坝面动水压力的影响.算例结果表明,本文所建议的方案简便易行,计算效率高,是求解拱坝坝面动水压力的一种较好方法.     

考虑动水压力高桩承台桥梁地震反应分析

为了研究动水压力对高承台桩基桥梁地震响应的影响,通过附加质量考虑动水压力效应。桩基附加质量用Morison方程求解,承台附加质量应用速度势理论求解。最后利用Midas/Civil软件建立了千岛湖大桥有限元模型,通过有限元模型分析动水压力对高承台桩基桥梁地震反应的影响。分析结果表明:动水压力的存在会降低桥梁的自振频率;动水压力的存会使桩基地震响应增大。因此,在高承台桩基桥梁的抗震设计中考虑动水压力变得十分必要。     

地基与库水模型对重力坝地震响应的影响研究

采用有限元法构建了一种较为综合的重力坝-地基-库水系统地震响应分析模型.其中,采用黏弹性边界模拟无限坝基,采用等效荷载法实现地震动输入;采用声学单元及无反射边界条件模拟坝-库动力相互作用.以第十五届国际大坝数值分析标准算例研讨会主题A中的Pine Flat重力坝为例研究了该模型的计算精度.以黄登混凝土重力坝12号挡水坝...     

基于SBFEM的坝-库水相互作用分析

将W o lf和Song提出的比例边界有限元法(sca led boundary fin ite e lem en t m ethod,简称SBFEM)应用于坝-库水相互作用分析.在库水不可压缩假定的前提下推导了坝面动水压力与附加质量矩阵的基本方程.二维重力坝和三维拱坝坝面动水压力的算例表明,与有限元法比较,SBFEM计算精度明显提高,同时由于具有降维的特点,计算工作量也在很大程度上有所节约.还分析了库底和水面坡度变化以及水库边界形状适当变化对动水压力分布和数值大小的影响.结果表明,一般情况下水库边界的变化对动水压力的分布形状基本上不发生影响,对动水压力数值大小也影响不大.     

考虑库底吸收作用时挡水坝的抗震分析

本文基于分区加权余量法的思想,提出了一种配点-伽辽金混合方案研究考虑库底吸收作用时挡水坝的地震反应.分析中计及了库水和地基的动力相互作用效应,所建议的方法在水平或竖向地震作用下,对于垂直和倾斜坝面,可压缩和不可压缩水体,完全反射和部分吸收的库底条件,均可以采用统一的计算格式,并具有较高的计算效率.文中还通过所举算例,讨论了地基柔性、水体可压缩性和库底吸收作用等对水坝地震反应的影响.     

一般库底条件下刚性坝面的动水压力

本文从弹性应力波的角度出发,推导了部分库底吸收条件下,各种刚性坝面动水压力的频率特征方程、配点方程及求解刚性铅直坝面动水压力的近似公式;并反演出各种情况下统一的库底边界条件及各种具体表达式。通过数值算例,讨论了一般库底条件下各种刚性坝面动水压力的一些重要特点。     

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.     

坝体-库水相互作用的流固耦合分析

采用Ansys中的声学流体单元模拟库水,进行了某重力坝与库水的流固耦合分析。考虑了库底吸收系数对坝库耦合系统动力响应的影响,计算结果表明：库底吸收性显著降低了动水压力,吸收系数越大,效果越明显;位移反应也有所减小。比较了Ansys与Adina的计算结果及效率,结果表明：两者的计算结果基本一致,Adina的计算效率高于Ansys,但Ansys的前后处理较Adina高效。     

水坝库水与地基的动力相互作用分析

本文用伽辽金—加权余量法与快速富氏变换技术,研究了水平地面运动下混凝土重力坝的地震反应,在分析中考虑了库水和基岩的动力相互作用效应.假设坝体为变截面悬臂梁,地基为弹性半平面体,而水体是可压缩的无粘滞性流体.通过所举算例,讨论了地基的柔性和水体的可压缩性对坝体反应的影响.     

混凝土坝及坝后式厂房整体地震响应分析

以某水电站工程为例,建立了独立坝体计算模型、独立厂房计算模型和考虑大坝坝体、背管及厂房的整体三维有限元仿真计算模型;在对这3个模型进行自振特性分析和基于反应谱法的地震动力响应计算的基础上,分析了地震条件下整体计算模型坝体、背管和厂房连接处的位移工作性态及其相互作用,比较了分块计算模型和整体计算模型对工程影响的差异.结果表明:独立模型不能反映坝体厂房之间相互作用对固有频率产生的影响;在进行谱分析时,整体模型要选取更多阶的谱值才能反映高阶频率对位移的影响.     

沥青混凝土心墙风化料坝三维地震响应分析

基于大型商业有限元软件ABAQUS,并利用其平台提供的UMAT子程序接口开发了等效线性模型,分析某沥青混凝土心墙风化料坝的地震响应,为大坝的抗震安全评价提供依据.有限元计算结果表明:在地震作用下,坝顶、上下游坝坡近坝顶等位置有可能会有坝料松动、滑落的可能性,在上述区域需采取适当的抗震加固措施;心墙及坝体的动剪应力不是很大,分布较均匀,不会出现剪切破坏;坝体在地震中的沉陷比水平位移大,坝体地震沉陷量约为最大坝高的0.27%.     

无限元法在重力坝地震响应中的应用

采用无限单元与有限单元耦合的方法研究地震荷载作用下重力坝的响应问题。运用ABAQUS对一具有精确解的算例进行有限元、有限元-无限元耦合分析,验证无限元模拟半无限域问题的正确性和精确性。计算结果发现结构在地震荷载作用下的响应均具有延后性,动应力较静力状态增幅明显;大坝的峰值位移和峰值加速度随着地震强度的增大而增大,增大比例与地震波的强度比值大致相同;地震波频率与结构自振频率越接近则引起的结构响应越大。     

动水压力的边界元方法

本文介绍了用边界单元法分析动水压力的原理,并且对于二维问题给出了常量边界元的支配方程以及有关系数矩阵的计算公式。实例计算的结果表明,边界单元法具有工作量少、精度高、适应性强的优点。文中还讨论了当坝体上游面倾斜、库底倾斜或水库为无限远时对作用在坝体上游面上动水压力的影响。