徐轶慷[1]2008年在《考虑横缝影响的拱坝地震损伤分析与抗震设计》文中研究说明随着社会经济的发展,我国将在西部地区建设一批300米级的超高拱坝,这些大坝所在地区山高谷深、岸坡陡峻、河道狭窄且地处高地震烈度区,对拱坝的抗震设计提出了新的挑战。除了满足常遇和偶遇地震时拱坝结构抗震安全性能的要求外,罕遇地震下的拱坝结构安全性能评价对保障流域生命财产安全尤为重要。按照抗震设计的两阶段设计思想,罕遇地震下拱坝结构将表现出强非线性响应和损伤渐进累积发展的特征,其精细化分析属于学科前沿课题。拱坝坝体横缝非线性和材料非线性及其耦合作用被认为是影响强震作用下拱坝响应的重要因素,相关课题的研究具有重要的理论意义和实用价值。论文在综述拱坝抗震分析研究现状的基础上,详细介绍了缝接触单元模型和动接触力模型的基本原理,对动接触力法进行了改进,使其能通过在缝内设置抗拉钢筋来控制横缝开度,实现了在ABAQUS有限元分析程序中横缝接触特性的模拟;介绍了利用损伤理论来模拟混凝土材料非线性的基本方法,采用规范给出的混凝土应力应变关系曲线,根据连续介质损伤理论推导出单轴抗拉的损伤演化方程,并将其与具有典型代表性的几种损伤演化方程进行了比较,分析各自的特点和适用范围,验证了ABAQUS有限元分析程序中混凝土损伤塑性模型的合理性;以锦屏一级拱坝抗震设计为研究对象,考虑横缝非线性和材料非线性,进行了多种工况的地震响应分析,跟踪地震作用下横缝的张开过程,深入研究横缝开合效应对坝体应力分布和损伤的影响以及不同横缝类型对横缝变形特性的影响;基于两级设防的抗震设计思想,将性能设计的方法引入到拱坝的抗震设计中,分别考虑社会目标性能和业主目标性能,对锦屏一级拱坝进行了抗震设计。论文所得成果对今后拱坝的抗震设计研究具有重要的参考价值。
潘明杰[2]2007年在《高拱坝地震响应合理分析方法研究》文中认为随着国家西部大开发战略的实施，我国有一大批300m级别的高拱坝正在建设或者筹备建设中，高拱坝的抗震安全性已成为近年来水电建设的关键技术问题。考虑到高拱坝在强震作用下动力反应的特殊性，本文用叁维有限元仿真数值模拟，对高拱坝的动力响应作了如下研究工作：首先，本文采用考虑流固耦合的结构自振分析方法和韦斯特伽特水体附加质量结构自振特性分析方法分别对乌东德拱坝进行自振特性分析，并在此基础上分别进行了反应谱法动力响应分析，对两种方法的结果进行比较。其次，以乌东德拱坝为有限元模型的原型，讨论影响高拱坝抗震安全性评价的叁个重要因素—坝体和库水的动力相互作用，地基的辐射阻尼效应以及横缝对拱坝动力时程响应的影响。最后，将有横缝拱坝非线性地震反应分析方法应用于乌东德拱坝中，按照实际间距和条数模拟横缝的非线性特性，并综合考虑坝体-库水-地基的相互作用，得出了许多有价值的成果，为实际工程设计提供了合理、科学的依据和参考。
赵兰浩[3]2006年在《考虑坝体—库水—地基相互作用的有横缝拱坝地震响应分析》文中认为混凝土拱坝在施工过程中为了施工方便和温度应力控制的需要，坝体通常分段浇筑，各坝段间横向设置伸缩缝。在地震荷载作用下横缝的张开、闭合和滑移过程会显着地引起坝体拱向应力的释放和导致应力从拱向向梁向的调整和重新分布，对高拱坝的地震响应有着重大影响。对高拱坝的抗震安全性评价具有重要意义的另外两个影响因素是坝体和库水的动力相互作用以及无限地基的辐射阻尼效应。本文的目的是建立一套能够综合考虑影响拱坝地震响应的叁个重要因素的拱坝非线性地震反应数值分析方法，其主要研究内容如下： 1、针对有横缝高拱坝的非线性静、动摩擦接触问题，提出一种新的接触算法—有限元混合法。该方法将作用在接触体上的力系分解为外力和接触缝面上的接触力，把接触体的位移和接触界面上的接触力作为混合变量，其中以接触体的位移为基本未知量，而以接触区域局部坐标系下的结点接触力为迭代变量，将非线性接触迭代收缩在接触面上进行，将复杂的摩擦接触非线性反映在接触力的变化上，同时进行接触状态和接触力的迭代，使得迭代计算变得简单易行，大大提高了计算效率。 2、讨论了坝体和库水流固耦合动力相互作用的数值分析方法，建立一种适当简化而又不失准确性的模拟库水动水压力的计算方法。首先介绍了基于改进Wilson-θ法的流固耦合迭代算法，然后给出本文提出的两种基于广义Newmark-β法的流固耦合方程的求解方法：交错迭代求解方法和直接积分整体求解方法。并讨论了影响坝面动水压力的几个因素，指出坝体和库水之间的相互作用是一个复杂的耦合系统，动水压力对坝体动力响应的影响不能仅仅用作用在坝面上动水压力的最大值来衡量。 3、将多次透射人工边界条件和隐式有限元相结合，并将其和摩擦接触问题的有限元混合法、坝体-库水动力相互作用分析方法一起应用于高拱坝的非线性地震反应分析中，提出了一套较为准确、高效地模拟强震作用下考虑坝体-库水-地基动力相互作用的有横缝拱坝非线性行为的分析方法，开发了相应的计算软件GEHOMadrid。 4、将本文提出的有横缝拱坝非线性地震反应分析方法应用于乌东德拱坝中，按照实际间距和条数模拟横缝的非线性特性，同时考虑坝体-库水-地基的相互作用，得出了许多有价值的成果，为实际工程设计提供了合理、科学的依据和参考，对坝体非线性地震反应的影响因素进行了深入分析，得出了一些有重要意义的结论。
胡志强[4]2003年在《考虑坝—基动力相互作用的有横缝拱坝地震响应分析》文中指出本文的目的是提出一种能够综合考虑坝-基动力相互作用的有横缝高拱坝动力响应分析方法。针对这一目的,对摩擦接触问题的求解方法、结构-无限地基动力相互作用时域分析方法以及时域数值积分方法进行了较为深入的研究,通过数值试验的比较,最终选择了在精度、效率、收敛性、稳定性都能较好满足工程要求的分析方法。具体内容主要包括以下叁方面:1、 首先,为了模拟有横缝拱坝在静、动力荷载作用下的接触非线性响应,针对非光滑方程组方法在叁维摩擦接触问题中的应用作了较为深入地研究。对于摩擦接触问题,可以采用“试验-误差”型迭代法和数学规划法来求解,后者具有严格的数学基础,且可以进行收敛性分析。非光滑方程组方法是在非光滑分析理论和算法迅速发展的基础上所提出的一种精确、高效、收敛性好的方法,其中,摩擦接触条件被写成非光滑方程组的形式。本文首先介绍了两种形式的非光滑方程组方法(陈万吉、陈国庆提出的非光滑方程组方法、Christensen等提出的B-可微方程组方法),并对其中一种形式-B可微方程组形式提出了不需计算柔度阵的新的求解方法。然后将非光滑方程组方法推广应用到动力接触和弹塑性静力接触问题中。在动接触问题的求解中,通过考虑碰撞时的动量和动能守恒条件,使计算结果更为合理,其中采用的数值积分方法是隐式的Newmark方法。通过数值算例验证了算法的有效性。2、 其次,本文采用了在地基外侧施加以多次透射公式(廖振鹏)所表示的人工边界条件,来实现波动能量向无穷远处的逸散,从而可在拱坝动力分析中考虑坝-基动力相互作用的影响。人工边界条件的引入会导致数值积分的不稳定,通过对一些数值积分的数值试验,发现Hughes提出的预报-校正显式积分算法也可以与多次透射公式结合,并能够在一定条件下保证数值积分的稳定性和正确性。基于动摩擦接触问题和坝-基动力相互作用的时域分析所采用的不同的数值积分算法,本文采用Hughes提出隐-显式积分算法将这两种算法耦合在一起,作为拱坝的动力响应的分析方法,从而实现了在拱坝地震响应分析中能够综合考虑横缝和坝-基动力相互作用的影响。3、 最后利用所提出的拱坝动力分析方法对溪洛渡、小湾拱坝进行了地震响应分析,并讨论了横缝布置间距、横缝布置位置对坝体应力分布、应力大小和横缝张开度的影响。本文的计算结果可为高拱坝抗震安全性评价提供参考。
晏启祥[5]2002年在《有横缝高拱坝的非线性地震响应分析》文中研究表明随着我国经济的发展，小湾、溪洛渡等一批300米级世界超高拱坝即将在我国西部地区进行建设。这些大坝所在地区山高谷深，岸坡陡峻，河道狭窄，地处高地震烈度区，高坝的抗震性能关系到下游广大地区工农业生产和人民生命财产的安全，考虑地震因素成为大坝设计中的控制工况。拱坝是分段浇筑的、各坝段之间沿拱向设有均匀排列的伸缩横缝。由于地震作用时的动拉应力将抵消并超过静载作用下的压应力，导致横缝面沿法向张开，加上地震的交变作用，横缝可能会呈现反复的“渐开渐合”现象。横缝张合效应将削弱大坝的整体刚度、延长其振动周期、引起显着的应力重分配。因而横缝的非线性特性是高拱坝地震反应分析中至关重要的因素，在动力分析模型中合理计及这类非线性特性具有特别重要的学术意义和工程意义。 以高278m的溪落渡拱坝为工程背景，进行了考虑横缝张开、行波效应等复杂因素的非线性动力分析。基于流固耦合理论，推导了可压缩水体的耦合有限元方程。为适应有横缝高拱坝非线性分析的复杂性，采用不可压缩水体和无质量地基假定进行有限元处理，以水体附加质量和地基附加刚度近似代替水体和地基的影响，通过静凝聚提高计算效率。论述了叁维Fenves缝单元模型及缝单元的本构关系，可用以模拟横缝的张开、闭合和滑移，并可考虑缝面的初始压力和抗拉强度。为有效控制误差的传递，提高计算精度，对Wilson-θ法进行改进并分析了改进Wilson-θ法的稳定性。鉴于横缝非线性数值分析需要在每一时间步内迭代多次，推导了Newmark常加速度增量平衡方程及其等效迭代格式。对行波理论进行了阐述，用单向行波模式分析了整体坝的动力反应。对比了横河向和顺河向行波输入时坝体位移、应力的反应和分 四川大学工学博士学位论文布异同。研究了溪落渡分缝拱坝的地震反应。分析了整体坝和分缝坝地震反应的异同，得出分缝坝较之整体坝在加速度、应力的大小与分布上的诸多不同点：分析了水深对有缝拱坝地震响应的影响，得出分缝坝在不同水深下缝的张开深度、宽度和频次的一系列结论。分析了分缝坝行波地震输入的地震响应，比较了常规均匀输入和行波输入，行波不同输入方向对应力的大小和分布，缝的张合深度和宽度、缝的张合时序等诸多方面的表现特性。通过以上分析，得到了如下的一些主要结论：1．计算结果分析表明：在高拱坝流固耦合动力分析中，水体不可压缩和无 质量地基假定可显着地消减方程复杂度和计算工作量，但带来的数值误 差较小。2．改进了wilson习法，在国内外首次分析了改进了wilson习法的数值稳定性， 证明了改进ilsonE法与wilson习法具有相同的稳定性，用改进wilson习 法求解线性整体坝是可行的。提出了增量形式Newmark法的等效迭代格 式，该等效格式求解分缝拱坝非线性问题简便可行。3．进行了顺河向常规输入情况下整体坝和分缝坝两种计算模型的抗震动力 特性对比研究。结果表明：分缝坝由于缝的开合，其横河向和顺河向的 加速度要大于整体坝，同时，分缝坝本身的横河向加速度有可能大于顺 河向加速度。在靠近基础的部位，两种计算模型的动拱应力改变不大， 但动梁应力变化明显。分缝坝较之整体坝，上游坝面明显表现出总拱应 力下降，总梁应力增加的趋势；而对下游坝面，其总压应力梁向增加， 拱向减小，而总拉应力的梁向和拱向则增有减。整体坝的控制拉应力出 现在下游顶拱的梁向，控制压应力出现在上游顶拱的拱向；分缝坝的控 制拉应力出现在上游坝底的梁向，控制压应力却出现在下游坝底的梁向。4．研究了不同水位有缝坝在常规地震输入情况下横缝的开合规律和应力反 应特点。无论运行低水位还是正常蓄水位，横缝张开最深最宽的是上游 坝面中缝，张开宽度从中缝到边缝依次减小；正常蓄水位时缝的张开宽 度明显小于运行低水位时缝的张开宽度。从控制裂缝张开深度和宽度的 角度而言，低水位是控制工况；而从坝体应力的角度考虑，高水位是控 制工况，5．深入研究了整体坝在常规输入和行波输入两种地震输人方式下的动力反 四川大学工学博士学位论文 应。行波横河向输入时顺河向位移反应在拱冠梁处有所增大，其它点有 所削弱：行波J’顷河向输入时非拱冠梁节点的横河向位移反应有所削弱。 常规输入时，顺河向输入较横河向输入的应力反应大，说明常规输入时 的控制方向是顺河向。但在行波输入时，行波横河向输入的应力反应比 行波顺河向输入时大，说明行波输入的控制方向是横河向。 6．在国内外首次进行了分缝坝行波输入的抗震分析，研编了计算程序，深 入研究了常规输入与行波输入两种地震输入方式对有缝高拱坝地震响应 的影响。行波顺河向输入时缝的张汗宽度普遍大于常规顺河向输入时的 张开?
张栋[6]2007年在《拱坝横缝及键槽形式对坝体地震响应的影响分析》文中进行了进一步梳理在地震作用下，拱坝中的横缝会发生张开，闭合现象，横缝两侧的坝体还有相对滑动的趋势，对坝体的应力、变形均有较大影响。这是一个接触非线性问题，其中横缝中的键槽对于拱坝的抗震性能产生一定的影响，而且不同的键槽形式模拟方法也对工程结果产生不同的影响。针对这一问题，利用有限元软件ANSYS计算研究了不同横缝接触模型对坝体动力响应的影响，其中对键槽的模拟形式做了深入研究，主要包括以下叁部分：1、介绍了混凝土拱坝中横缝键槽的类型和几何形状以及摩擦接触问题的数值模拟方法。2、根据横缝不同的几何模型和物理模型，利用大型有限元商用软件ANSYS中接触非线性分析功能对大岗山拱坝进行了地震响应分析。3、根据计算结果讨论了不同的横缝模拟方法对于拱坝整体地震响应的影响，以及对于横缝开度的不同的影响。研究结果表明，横缝对坝体地震响应应力大小和分布均产生较大影响，而大多数横缝均设有键槽，键槽的设置对坝体的横缝开度和切向错动量有一定的影响，有利于提高坝的整体性。本文的计算结果可以为高拱坝中横缝模拟方式提供一些参考。
李静[7]2007年在《混凝土坝非线性地震响应分析的有关问题研究》文中指出我国目前正规划建设一批世界级的混凝土大坝，其抗震安全性成为设计中的关键技术问题之一。本文针对目前混凝土坝在非线性分析中涉及的若干问题开展了研究，主要包括地震动输入机制、考虑应变率影响的材料非线性模型、结构-地基动力相互作用的无质量地基模型研究以及同时考虑横缝作用和材料非线性分析的混凝土坝安全评价。具体如下：将时间信号时-频联合分析的自适应谱方法用于研究地震地面运动的频率非平稳特征、提取频率非平稳信息，统计得到各个频段地震动成分的强度变化过程。在此基础上，应用均匀调制随机过程模型和演变随机过程模型合成人工地震波，以此为输入对高拱坝进行了考虑地震动时-频非平稳性的动力响应分析。结果表明，在地震力作用较小时，影响不大，但对地震力作用较大的高拱坝，地震动的非平稳性对拱坝非线性地震响应的影响不可忽略。根据已有试验结果，通过引入损伤张量随应变率的变化建立了应变率相关的砼非线性损伤模型，对300米级的高拱坝的地震响应进行了计算，并分析了拱坝应变率和拉、压损伤的分布规律。结果表明，由于地震荷载引起的应变率在坝面的分布不同，坝面各处的动态性能变化并不一致，由此引起的混凝土强度和刚度的变化对于高混凝土拱坝的动力响应和安全性评价有重要影响。针对当前无质量地基和粘性边界地基计算处理中的一些问题，本文通过结构-地基的动力相互作用分析公式的推导，详细阐明了当前考虑地基影响的动力分析中无质量地基和粘性边界地基的概念和应用范围，对当前部分研究中的这两种地基应用中存在的问题进行了分析，并通过算例进行了说明。采用应变率相关的混凝土非线性损伤模型以及基于Lagrange乘子的点-点接触直接刚度法，进行了同时考虑混凝土材料非线性以及拱坝横缝接触非线性的高拱坝地震响应分析。研究表明，由于在地震过程中的混凝土非线性软化以及局部损伤开裂的影响，非线性拱坝横缝的开度及分布与采用线弹性砼本构关系计算结果有明显的不同，这对于横缝止水的设置具有重要影响。另外本文采用应变率相关的混凝土非线性损伤模型，研究了采用混凝土非线性本构情况下整体拱坝与考虑分缝拱坝的应力响应和损伤开裂的特点和差别。通过对实际拱坝的地震响应分析表明，基于非线性混凝土模型的整体拱坝模型动力响应分析可以基本反映拱坝的实际应力分布情况。
姚霄雯[8]2013年在《基于性能的高拱坝地震易损性分析与抗震安全评估》文中研究表明近年来,一批200米甚至300米级的混凝土高拱坝在我国西部强震区陆续建成或正在设计之中。这些高拱坝作为复杂的大型混凝土结构体系,其在地震作用下的响应具有较大的随机性和不确定性,因此有必要从概率的角度对高拱坝在不同强度地震作用下的结构响应和安全性能进行评估。本文尝试将地震易损性分析方法引入高拱坝的动力设计,发展一种基于性能的高拱坝抗震安全评价方法,研究具有重要的理论意义和应用价值。论文的主要内容和成果包括以下几个方面：(1)在高拱坝动力分析模型方面,从材料非线性和横缝接触非线性两方面进行了详细分析。对于混凝土材料非线性,将规范中的应力应变曲线与混凝土塑性损伤模型相结合,揭示了塑性损伤对拱坝动力响应的影响；对于拱坝横缝接触非线性,应用了动接触力模型,并针对缝间抗震构造对该模型提出了改进。(2)结合混凝土损伤模型与横缝接触力模型对某高拱坝建立了叁维有限元模型,分析了不同横缝数量或不同缝间抗震构造对拱坝动力响应的影响,验证了横缝及缝间抗震构造的设置能在不同程度上影响高拱坝在强震下的坝体应力、横缝开度、拱坝变形等动力响应特征。(3)通过一系列不同强度地震下的拱坝动力时程分析,研究了结构响应的不确定性问题。以高拱坝坝顶位移和横缝变形为典型响应参数,建立了高拱坝概率地震需求模型,并在此基础上比较了15种不同地震动强度指标与高拱坝响应的相关性,提出了叁种改进的地震动强度指标。(4)根据拱坝响应随地震强度的变化趋势,提出了以响应拐点作为界限值的拱坝性能划分准则,并结合上述概率地震需求模型,采用高拱坝地震易损性分析方法,提出了不同地震动强度指标下针对拱坝顶部位移以及横缝变形的地震易损性曲线。(5)结合高拱坝的地震危险性分析结果与地震易损性曲线,提出了基于性能的高拱坝抗震安全评估方法,最终得到在设计基准期内拱坝响应针对不同性能等级的安全概率,并对高拱坝在极震下的性能目标准则提出了建议。通过对抗震加固优化后高拱坝抗震性能的对比分析验证了所提方法的合理性和适用性。
王涛[9]2018年在《高拱坝动力特性分析及损伤开裂模式研究》文中研究说明我国西南和西北地区水能资源丰富,高山峡谷众多,修建了许多的拱坝工程,但是这些地区同时也是地震频发的高烈度区,一旦这些耗资巨大、关系国计民生的拱坝工程因地震而发生破坏,将会造成不可估计的损失,所以这些拱坝的抗震安全问题受到了学者们的高度关注。以拉西瓦拱坝为研究对象,建立了坝体—地基—水体叁位一体的有限元模型,进行了如下分析:(1)分5种荷载工况进行了静力分析,发现在坝踵处存在严重的应力集中现象,而后采用有限元等效应力方法进行了处理,得到合理的应力结果;(2)分别考虑不同库水耦合形式、不同水位对拉西瓦拱坝模型进行了动力特性分析,拉西瓦拱坝正常蓄水位时的基频为1.48Hz,对应振型为反对称形式;考虑库水可压缩性的流固耦合模型比附加质量模型计算出的模态阶数更多;随着水库水位的降低,拉西瓦拱坝模态频率增高;(3)对不同库水耦合形式、不同地基条件的拉西瓦拱坝模型进行了线弹性地震响应分析,考虑库水可压缩性和无限地基辐射阻尼均会降低拱坝地震响应,当二者同时考虑时,拱坝地震响应会降低更多;无质量地基模型的最大应力响应出现在顶拱中部,而粘弹性边界模型最大应力响应出现在上游面坝踵部位;(4)将模型导入到ABAQUS中,采用ABAQUS混凝土塑性损伤本构对拱坝进行了不同峰值加速度下的地震响应计算,得到拉西瓦拱坝的损伤开裂规律为:坝踵部位和顶拱中部是拱坝损伤开裂的关键部位;坝踵部位在巨大静水压力作用下已经有了微小损伤,在地震作用下,该部位的损伤沿坝基面向上发展,损伤值加大;在较强地震作用下,坝体上部也会出现损伤,且如果地震作用继续增大,该处损伤有贯穿趋势。
马怀发, 陈厚群, 徐树峰[10]2012年在《混凝土高坝系统的地震响应分析研究进展概述》文中指出本文从5个方面总结了混凝土高坝体系地震响应分析的最新进展及所存在的问题,其内容包括:(1)坝体伸缩横缝开合的接触非线性研究;(2)坝基远域能量逸散效应的模拟;(3)坝体-库水动力相互作用;(4)坝肩抗震稳定分析研究;(5)坝体及地基非线性分析研究。最后提出了当前高坝系统地震动分析所面临的研究课题。
参考文献：
[1]. 考虑横缝影响的拱坝地震损伤分析与抗震设计[D]. 徐轶慷. 浙江大学. 2008
[2]. 高拱坝地震响应合理分析方法研究[D]. 潘明杰. 河海大学. 2007
[3]. 考虑坝体—库水—地基相互作用的有横缝拱坝地震响应分析[D]. 赵兰浩. 河海大学. 2006
[4]. 考虑坝—基动力相互作用的有横缝拱坝地震响应分析[D]. 胡志强. 大连理工大学. 2003
[5]. 有横缝高拱坝的非线性地震响应分析[D]. 晏启祥. 四川大学. 2002
[6]. 拱坝横缝及键槽形式对坝体地震响应的影响分析[D]. 张栋. 大连理工大学. 2007
[7]. 混凝土坝非线性地震响应分析的有关问题研究[D]. 李静. 大连理工大学. 2007
[8]. 基于性能的高拱坝地震易损性分析与抗震安全评估[D]. 姚霄雯. 浙江大学. 2013
[9]. 高拱坝动力特性分析及损伤开裂模式研究[D]. 王涛. 华北水利水电大学. 2018
[10]. 混凝土高坝系统的地震响应分析研究进展概述[J]. 马怀发, 陈厚群, 徐树峰. 中国水利水电科学研究院学报. 2012
标签：水利水电工程论文; 非线性论文; 构造地震论文; 高拱论文; 应力状态论文; 线性系统论文; 科学论文; 抗震论文; 有限元论文;