混凝土壩地震響應特性研究.pdf

1、隨著我國水利水電事業(yè)的蓬勃發(fā)展和混凝土筑壩技術的迅速提高，在水力資源豐富的西南地區(qū)正在修建一批高混凝土壩，而這些地區(qū)正是地震頻度極高的高地震烈度區(qū)，部分工程的設防烈度甚至達到了九度。在這種高烈度地震作用下，混凝土壩的抗震安全直接關系到下游廣大地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財產(chǎn)的安全。為避免大壩震害造成的嚴重經(jīng)濟損失和人身傷亡，理應對其抗震安全問題給予高度重視和關注。因此，本文基于不同人工邊界，采用有限元時程分析方法，對混凝土壩的地震響應特性進

2、行了深入研究和探討。本文主要工作內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　 (1)簡要介紹了有限單元法的基本原理，并應用該原理對大壩與水體的動力相互作用進行了分析；闡述了大壩地震動力響應的幾種分析方法，并對其中的振型疊加法和時程分析法的適用范圍進行了比較分析。
　　 (2)根據(jù)無限元基本原理、ABAQUS中的無限單元庫及其自身提供的*.INP命令文件的強大功能和多個圖形接口，實現(xiàn)二維和三維無限元-有限元法。并通過算例驗證了用無限元-有

3、限元法求解動力學問題是有效的。并把該方法應用到混凝土重力壩和拱壩地震響應分析中，將計算結(jié)果和傳統(tǒng)的固定邊界無質(zhì)量地基模型計算結(jié)果進行了比較。結(jié)果表明，采用無限單元作為邊界考慮了地基的輻射阻尼效應，混凝土壩在地震響應中的動應力和動位移比傳統(tǒng)的固定邊界無質(zhì)量模型計算的結(jié)果要?。粚τ诨炷翂蔚牡卣痦憫?，地基輻射阻尼效應不能忽略。
　　 (3)根據(jù)二維粘彈性邊界的基本原理，通過ABAQUS提供的用戶單元子程序(User element

4、subroutine)UEL接口和荷載子程序DLOAD，用FORTRAN語言編寫了二維一致粘彈性邊界單元子程序及波動輸入子程序，并通過算例驗證了所編制的程序是正確的。然后將該程序應用于金安橋廠房壩段地震響應分析，結(jié)果表明，考慮粘彈性邊界以后，壩體動應力峰值比傳統(tǒng)的無質(zhì)量地基固定邊界模型計算結(jié)果降低了10[％]～30[％]，采用傳統(tǒng)方法在一定程度上夸大了結(jié)構的地震響應，是偏于安全設計的。
　　 (4)根據(jù)三維粘彈性邊界的基本原理，

5、利用單元矩陣的等效原理來實現(xiàn)粘彈性邊界的施加，并通過算例驗證了采用等效一致三維粘彈性邊界單元和編制的DLOAD波動輸入子程序的正確性。
　　 (5)以錦屏一級拱壩為工程背景，建立三維有限元模型，比較了采用粘彈性邊界和傳統(tǒng)固定邊界無質(zhì)量地基下的錦屏一級地震響應特性，得出采用粘彈性邊界以后壩體上的應力和位移幅值較傳統(tǒng)方法都有不同程度的降低，且有所滯后。還分析了采用粘彈性邊界條件和橫縫不同設置類型對壩體應力和橫縫開度的影響。結(jié)果表明，