混凝土壩地震響應(yīng)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(shù)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(shè)防烈度甚至達(dá)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(guān)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(yán)重經(jīng)濟(jì)損失和人身傷亡，理應(yīng)對其抗震安全問題給予高度重視和關(guān)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(yīng)特性進(jìn)

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(yīng)用該原理對大壩與水體的動力相互作用進(jìn)行了分析；闡述了大壩地震動力響應(yīng)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(jìn)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(qiáng)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(xué)問題是有效的。并把該方法應(yīng)用到混凝土重力壩和拱壩地震響應(yīng)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(jìn)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(yīng)，混凝土壩在地震響應(yīng)中的動應(yīng)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??；對于混凝土壩的地震響應(yīng)，地基輻射阻尼效應(yīng)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(yīng)用于金安橋廠房壩段地震響應(yīng)分析，結(jié)果表明，考慮粘彈性邊界以后，壩體動應(yīng)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(gòu)的地震響應(yīng)，是偏于安全設(shè)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(yīng)特性，得出采用粘彈性邊界以后壩體上的應(yīng)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(shè)置類型對壩體應(yīng)力和橫縫開度的影響。結(jié)果表明，