基于坝基散射波衰减影响的重力坝动力响应分析

在有限元模型人工边界上结点的法向和切向分别设置一系列并联的弹簧和阻尼器单元,以考虑基于衰减散射波的无限地基辐射阻尼的影响,利用ANSYS中的APDL参数化设计语言,编写实现黏弹性人工边界的宏文件,对某重力坝-地基系统进行了地震响应分析.研究结果表明:在进行动力响应分析时,与固定边界无质量地基相比,考虑了无限地基的辐射阻尼效应影响后,坝体的动力响应峰值减小了4%~38%,也更加符合工程实际.     

重力坝动力分析黏弹性人工边界及其地震动输入处理方法

基于黏弹性人工边界理论,探讨了无厚度Goodman单元模拟黏弹性人工边界可行性,推导了与之相适应的地震动输入方式在有限元中的实现过程,并通过经典的Lamb算例和重力坝—地基—库水系统的地震动力反应实例进行验证。结果表明:该单元代替弹簧—阻尼器的方法,使黏弹性人工边界的施加方式更为简单,易于实现,操作性强,同时又能够保证计算精度和计算效率。与传统的无质量地基模型相比,本文的黏—弹性人工边界方法能够很好地考虑地基辐射阻尼的作用,更符合实际工程情况,从而可为同类工程的抗震分析提供参考。     

考虑黏弹性边界及缝面水压的重力坝地震开裂模拟

地震下重力坝的开裂扩展机理是大坝抗震安全评价的重要研究内容,因此,建立合适的抗震分析模型至关重要.论文基于扩展有限元法,考虑了缝面水压力的影响并采用黏弹性人工边界模型仿真模拟了大坝地震开裂过程,并分析探讨了不同的抗震分析模型对大坝地震开裂过程的影响.结果表明:黏弹性人工边界更全面地考虑了诸如远场阻尼、地基弹性恢复力等不同因素对结构动响应的影响;相较于黏弹性人工边界模型,无质量刚性地基抗震分析模型放大了大坝的地震动响应;考虑黏弹性边界且采用有质量弹性地基时的裂纹扩展路径较平缓,裂纹扩展长度也较小,且最大裂纹宽度减小了约19%.     

地基辐射阻尼对结构地震响应的影响

ABAQUS作为一种功能强大的工程分析模拟软件,在动力响应分析中具有很大优势.为此,将黏弹性边界单元与大型商业软件ABAQUS相耦合,利用ABAQUS实现对黏弹性边界的模拟,通过算例比较了结构在黏弹性边界、黏性边界和固定边界条件下的动力响应,并在考虑黏弹性边界影响的情况下,对一实际水闸地基系统进行了地震响应分析.分析结果表明:黏弹性边界精度明显高于其他2种边界,可用于结构土动力相互作用分析;辐射阻尼能够显著减小结构地震响应30%～40%.     

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...     

地震动波动输入方法在高土石坝动力分析中的应用研究

地震动输入方法是高土石坝动力分析的重要方面,传统的一致性地震动输入方法难以合理反映地震波的"行波效应"和"地基辐射阻尼"现象,本文将地震动波动输入方法引入了土石坝有限元静动力分析程序TOSS3D,通过与解析解比较,验证了开发程序的正确性.以拟建新疆247m高大石峡砂砾石面板坝为依托工程,对比分析了一致性输入和非一致性地震动输入情况下大坝加速度反应、动位移、坝体残余变形以及防渗体动应力的差异.结果表明,波动输入方法由于考虑了地基的辐射阻尼现象,其计算所得的加速度放大系数、面板动应力以及坝体残余变形均较一致性输入小.研究认为,采用波动输入方法更有助于评估大坝的实际抗震能力,对于200～300m级高土石坝地震分析应采用能够反映土石坝坝体与基岩之间相互作用的数值模型.     

混凝土重力坝地震响应数值分析方法

给出了混凝土重力坝动力响应分析的时域有限元法.其中,地震波的输入方法以及无限地基辐射阻尼的模拟方法都是在柱面波动方程的基础上建立起来的.这种方法先通过对无限地基的人工截断获得有限计算域,然后沿人工边界布置一系列弹簧和阻尼器来模拟无限地基,在有入射波的边界上用与入射波速成正比的等效力来实现地震动的输入.数值算例表明,该方法简单有效,易于实现,并能够保证一定的精度.     

倾斜入射地震下结构-地基的透射边界

为正确反映结构-地基动力相互作用,消除传统固定边界模型将地震能量全部陷入计算模型的不合理现象,该文提出倾斜入射地震下结构-地基动力反应分析的有限元模型及其透射边界.有限元模型由主网格、自由场网格和侧边透射层网格组成,地震以入射平面波形式输入,以入射波运动作为非惯性参考坐标系建立相对运动的动力方程.结构-地基实际反应为相对运动与入射波动之和,算例表明透射边界模型能有效地透射倾斜入射地震下结构-地基动力反应的辐射分量.     

地震波动输入方法对高土石坝地震反应影响研究

将地震波动输入方法引入高土石坝地震反应分析程序,讨论了该方法在坝体与地基之间相互作用及无限地基辐射阻尼的模拟效果.为探讨地震波动输入方法对高土石坝地震反应的影响,从地震波频谱特性、坝体高度和地基模量三个方面开展了研究工作.分析结果表明:与传统的一致输入方法相比,地震波动输入方法可以考虑无限地基辐射阻尼的影响,并合理地反映出坝体与地基之间相互作用的变化规律;当高频含量较多的地震波作用时,传统一致输入模型与所提出地震波动输入模型的数值结果差异相对较大;两类模型数值结果的差异区域会随坝体高度的增加逐渐增大;地震波动输入方法可以较好地反映出地基模量变化对坝体与地基之间相互作用的影响.     

混凝土重力坝非黏滞阻尼地震响应分析

采用以核函数为指数函数的卷积型非黏滞阻尼模型,建立了地震作用下非黏滞阻尼结构的振动方程,引入状态变量,导出了非黏滞阻尼结构振动方程的状态空间表达式。以某重力坝为例,输入Koyna实测地震波,实现了时域精细积分法求解坝体非黏滞阻尼地震响应的算法,给出了松弛参数μ取不同数值时大坝的响应时程。计算结果表明,无论是空库还是满库,非黏滞阻尼模型的峰值响应均大于黏滞阻尼模型的峰值响应,随着μ取值的减小,非黏滞阻尼模型的峰值响应增大,说明黏滞阻尼模型的阻尼效应大于非黏滞阻尼模型。因此,目前采用黏滞阻尼模型分析混凝土重力坝的地震响应,会低估大坝的峰值响应,从而影响结构设计方案的安全性和合理性。     

基于ABAQUS的三维粘弹性边界单元及地震动输入方法研究

基于大型通用有限元软件ABAQUS,利用FORTRAN语言编写了适用于粘弹性人工边界的外源波动输入子程序SDAB.FOR.该子程序包含粘弹性边界和加载两部分,粘弹性边界通过子程序UEL结合隐式积分算法定义粘弹性边界单元对整个系统的雅克比矩阵贡献来实现;人工边界上的总波场分解为无局部场地效应影响的自由场与局部场地效应引起的散射场,地震波作用于人工边界的自由场荷载可由设计地震动位移时程和速度时程统一表达,利用描述法向荷载和切向荷载的加载子程序DSLOAD、UTRACLOAD实现,从而可方便实现地震动的有效输入,避免了单独求解自由场.将考虑粘弹性边界条件的外源波动输入和内源地震动输入方法分别应用于某高拱坝的动力响应分析,并与常规无质量地基模型计算结果进行了对比,结果表明,考虑地基辐射阻尼的两种地震动输入方法均会显著降低结构的动力响应,其中采用外源波动输入方法的降幅更大.     

基于无质量地基模型的重力坝地震响应分析

假设在大坝附近一定范围的地基是线弹性、无质量的、地震激励均匀作用在边界上,采取人工模拟合成地震波,建立无质量地基模型,对龙滩重力坝-地基系统进行了地震响应分析.计算结果表明坝体动力反应一般滞后于地震波,且滞后程度与坝体结构刚度有关,同时,坝体内大部分拉应力均大幅度减小,但坝踵部位的拉应力有所增加,坝上游折坡点附近还有一定的拉应力.与考虑了粘弹性人工边界模型相比,无质量地基模型的动力响应峰值增加了4%~59.8%.     

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．     

层状地基对土坝振动模态特性的影响

文中首先根据波动方程求解粘弹性层状地基的动力刚度矩阵．然后分析层状地基 对均质土坝摸态特性的影响，最后讨论相似坝之间模态特性的相似关系．数值结果表 明：地基与坝体的弹模之比、坝高与层厚之比和外界激振频率与坝体基频之比是坝基 动力相互作用中的三个重要影响因素．     

非线性拱坝-地基动力相互作用的 FE-BE-IBE 模型

同时考虑了高拱坝地震反应中的两个重要因素,即拱坝—地基动力相互作用和横缝非线性影响,并采用子结构技术加以实现,在拱坝地震反应分析中较以前有重大改进。由边界元—无限边界元耦合模型得到的地基频域动力刚度通过拟合法转换成时域离散参数,得以与拱坝有限元相耦合并在时域中求解。地震输入采用一种简化模型,在考虑无限地基辐射阻尼的同时避免了地震通过基岩后的人为放大。计算表明地基辐射阻尼对拱坝地震反应有显著影响。     

结构-地基相互作用的频域计算模型

基于比例边界有限元法（SBFEM）建立了结构-无限地基相互作用分析的频域透射边界,这种透射边界精确满足Sommerfeld辐射条件.该方法的特点是可以根据精度需要从低阶到高阶逐步递推计算无限域刚度矩阵,应用简单且十分方便.针对文献中比较常用的各种无限地基计算模型的适应性进行了一定的研究分析.结合无限地基上重力坝的地震响应,对无限地基迟滞效应的影响进行了对比分析,由对比结果可以看出考虑无限地基影响时的坝体最大拉应力分布比常用的无质量地基模型的计算结果约小15%;考虑迟滞效应时最大应力计算结果比不考虑迟滞效应时的计算结果增加了约25%.     

大比例模型稳态激振试验研究

设计并制作了一个土桩上部结构动力相互作用1/2比例框架模型,并对模型进行了弹性范围内的顶部稳态激振试验.对比了忽略重力加速度模拟模型、部分考虑重力加速度模拟模型、考虑重力加速度模拟模型3种工况下顶部机械激振的模型动力反应情况,发现结构顶部速度响应与底部速度响应存在较大不同,并且随着所考虑的重力荷载的增加,模型的基频逐渐降低,频率的变化基本符合相似规律.通过与实测值进行对比发现,本文所建有限元计算模型基本符合实际情况.通过计算,发现结构的频率、加速度响应随土层弹性模量的变化基本呈指数函数变化,提出了通过制造基于考虑土结构动力相互作用的人工地基达到减震效果的新思路.     

Stochastic Boundary Element Analysis of Concrete Gravity Dam

IntroductionTo analyze the structural reliability of structures,in particular,complex or large projects,therandom stress- strain fields and the reliability mustbe determined by numerical methods.Among theavailable numerical methods,the stochastic finiteelement method (SFEM) [1] and the stochasticboundary element method (SBEM ) [2 6] arepowerful tools for these analyses.　 The approaches to structural reliability analysismainly include numerical simulation and linearapproximation.Numerical …