拱坝-地基系统在地震作用下的动力响应

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Nam Ngum5水电站分缝重力拱坝地震响应分析

能使接触面之间的法向特性光滑过渡，从而使得采用隐式迭代算法时的收敛性相对较好．文同时考虑了横本缝的接触非线性以及坝体混凝土材料的非线性特性，研究了ＮｍｇｍａＮｕ５水电站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，并基于混凝土塑性损伤本构模型研究坝体开裂损伤的模式，大坝的破坏模式进行了探讨，对使得研究成果对工程设计更有指导意义．
摘要：对老挝在建的Ｎｍｇｎ针ａＮａ５水电站重力拱坝，用基于ＡＡＵｕ利ＢＱＳ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，究了该重力拱坝在地震荷载作用下横缝的张开、研闭合和滑移的
Ｎｍｇｍ北部与中国云南接壤地带的的地震活动虽呈上升趋势，这些地震均不会产生强烈的地面运动，ａＮｕ５但
收稿日期：Ｏ９０ —５２Ｏ — ５１
基金项目：国家重点基础研究发展计划（７计划）２０Ｃ７４０）中国水利水电科学研究院开放研究基金（０８３６３９３（０７Ｂ１１４；２０５８１）作者简介：江守燕（９６）女，１８一，安徽舒城人，博士研究生，主要从事混凝土大坝抗震动力分析研究．－ａ：ｙａｇｈ．ｄ．ａＥｍｉｓｉ＠ｈｕｅｕｃｌｊｎ
岸坝肩、右岸坝肩延伸．关键词：力拱坝；缝；导短缝；重横诱动接触模型；坏模式；ａｇｒ破ＮｍＮｕ５水电站ｎ

基于黏弹性人工边界的拱坝动力响应分析

布更为合理，力响应时程滞后；证了该边界条件的吸能效果。该方法计算效率高、定性好，服了动验稳克
透射边界与有限元相结合的方法存在高频失稳问题的缺陷。关键词：固耦合；动水压力；弹性人工边界；震反应；拱坝流黏地中图分类号：Ｖ４．Ｔ６２４文献标识码：Ａ文章编号：１７～ｌ４（００Ｏ－ｏ６— ｏ６２１４２ｌ）２－ｏ３４
弹性人工边界具有较高的计算精度和计算效率、好的稳定性，较同时程序容易实现。基于黏弹性人工边界的基本原理，Ａｓｓ以ｎｙ为计算平台，用声学流体单元ｆｉ０模拟库水，采ｌｄｕ３在坝基截断边界添加弹簧一
ｈｉｈｒｃｍｕａｏａｐｃｓｎｉｅｏｐｔｔｎｆｃｅｃｎｅｅｔｉｔ．Ｍｅｗｉ，ｉｉｅｙｔｒｇａｓａａｈｇｅｏｐｔｔｎｌｒｉｏ，ｈｇｒｃｍｕａｏａｅ￣ｉｎｙａｄｂｔｒｓｂｌｙｉｅｉｈｉｌｌｔａｉｎａｈｌｔｓａｏｐｒｍ．ｅｓｏ
ＢｅｎｔｅｂｉｈｏｙｏｉＣＵ．ｌｔｒｉｃａｕｄｒｏｄｔｎａｄＡｎｙｏｔｒｈｅｒｓｒｏｒｉｓｍｕａｅｙｕｉｇｓａｄｏｌａｃｔｅｒｆｖＳＯＳｅａｉａｔｉｂｎａｙｃｎｉｏｎｓｓｓｆ１ｓｓｃｉｆｌｏｉｗａｅ．ｔｅｅｖｉｉｌｔｄｂｓｎｓ

地震作用下大坝动力反应三维有限元模拟

基础上．要进行平面应变分析，从主而
，、覃Ｌ髓叨Ｒｎ
三维模型分析大坝的抗震特性则较少。
本文试着建立大坝的三维有限元模型，
（第３阶振型ｃ）
（）４阶振型ｄ第
研究地震作用下大坝的动力响应，讨探地震作用下大坝３个方向的应变时程
ｌ。
烈采用了如图２所示的Ｔｎ地震波。ａ为反映应变随时问的变化趋势，特绘制应变时程图．中图３图４和图５其、
时间／ｓ
图３ ×方向应变时程图（第３转６页）
２＿力坝动力计算结果３重
收稿日期：０００－６２１— ７０
作者简介：荣伟，，族，家庄市水利水电工程处，理工程师。张女汉石助
陈晓东，，族，家庄市水利水电工程处，理工程师。男汉石助
张力霆，，族，家庄铁道大学土木工程学院，授。男汉石教熊保林。。族，家庄铁道大学土木工程学院，读博士研究生。男汉石在
曲线
２大坝三维地震动力分析．２１重力坝计算模型．
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时间／ ห้องสมุดไป่ตู้ｓ
重力坝计算模型的计算范围：凝混土坝体，、岸，底（括基岩３０左右坝包０ｍ。坝高８ｍ，立在均质岩基上。１０建

拱坝抗震分析与安全评价的近代发展

拱坝抗震分析与安全评价的近代发展林皋大连理工大学土木水利学院，中国，大连理工大学 116024，gaolin@摘要：近代混凝土坝工技术的发展经历了三个典型阶段。

自1990年以来，中国的坝工建设所取得的成就标志着第三阶段的开始。

从建坝数量、建坝规模与所遭遇的技术难度来说，中国均居于世界首位。

中国的许多大坝将建于地震活动性强的西部山区，大坝抵抗强地震作用的安全性受到极大的关注。

本文将从拱坝抗震的几个方面论述拱坝抗震分析的最新进展，重点将介绍大连理工大学近期所取得的研究成果。

1.坝与地基的动力相互作用及其对拱坝地震响应的影响，特别是应用比例边界有限元法研究了地基中含软弱夹层以及存在不连续界面等地基不均匀性所产生的影响。

2.采用非光滑方程组方法研究了强震时拱坝横缝的张合机制。

考虑了键槽结构形式所带来的影响。

3.分析了拱坝坝基和坝肩潜在滑动体的动态稳定。

提出了切割体法以识别三维离散块体的接触关系，使非连续变形（DDA）方法得以应用于三维块体的动态稳定分析。

计算结果表明，随着激励加速度的增大，通常计算的拟静态稳定系数与实际的动态稳定系数有显著差别。

4.采用宏观-微观相结合的方法，引入单元强度和弹性模量的Weibull随机分布进行拱坝非线性地震响应与损伤进程的分析。

计算了一座拱坝地震损伤的发展。

关键词：拱坝；坝－基动力相互作用；拱坝横缝张合影响；非线性地震响应分析与损伤预测1 引言大坝在人类文明发展的进程中发挥了重要作用。

根据有关资料估计，坝工建设至少有5000年以上的历史。

现代混凝土坝的筑坝技术经历了三个代表性的阶段。

首先，在上一世纪30－40年代，以美国为中心筑坝技术有了很大的进步。

221m高的胡佛拱坝的建成标志着高大混凝土坝的一个新纪元，该坝坝高和混凝土方量均为当时已建坝的两倍以上。

三维拱坝的先进力学分析方法——试载法(拱梁分载法)得到发展，至今仍在继续发挥作用。

为了进行大体积混凝土的浇筑，设计了温度控制和冷却系统，以避免高拉应力的出现。

拱坝抗震措施设计

摘要目前，拱坝已经被广泛应用于现代水利工程的高坝建设之中，因为拱坝相比其他类型大坝具有很多的优势，比如超载能力强、造型优美、抗震性能好、结构轻巧等优点。

本设计主要应用到有限单元法静动力分析的原理和计算方法，应用FEPG.GID 软件建立白鹤滩拱坝的实体模型，建立模型的过程发现该软件强大的建模功能，之后会用到功能全面的有限元软件ABAQUS，用此软件对白鹤滩拱坝进行有限元动力分析。

主要有以下的研究结论和工作内容：（1）动力计算分析时进行拱坝动力时程分析，通过计算与分析，研究白鹤滩拱坝在地震力作用下的动力响应特征。

动力时程分析结果显示，建设大坝设置扩大基础比无扩大基础更加的安全，有效的降低坝基的压应力，根据应力的分布，进行配筋设置。

根据损伤图提出相应的抗震措施。

（2）本设计是以工程实例为根据，应用ABAQUS软件进行静动力分析，最终得到位移应力图以及动力响应的结果特性良好，这些成果对实际工程设计及建设有实际的指导作用。

关键词：白鹤滩拱坝；建模；有限元动力分析计算；应力分析。

Design of Anti - seismic Measures for Arch DamIAbstractAt present, arch dams have been widely used in the construction of high dams of modern water conservancy projects, because arch dams have many advantages over other types of dams, such as overloading ability, beautiful shape, good seismic performance and light structure. Due to the complex spatial shell structure of the arch dam, the stress condition of the arch dam is also very complicated. The important index to evaluate the safety of an arch dam is the stress and strain performance of the dam, and the arch dam under complex stress Deformation and stress variation rules and characteristics of the high arch dam structure safety analysis and evaluation has very important significance and value.This design is mainly applied to the principle and calculation method of static and dynamic analysis of finite element method. The physical model of Baihetan arch dam is established by FEPG.GID software. Finite element software ABAQUS is used to analyze the finite element static and dynamic force of Baihetan arch dam. The main contents of the work and the conclusions are as follows:(1) Dynamic analysis of arch dams is carried out. The dynamic response characteristics of Baihetan arch dam under the action of seismic force are studied by calculation and analysis. The results of dynamic time history analysis show that the construction of dam foundation is more safe than non -expanding foundation, effectively reducing the compressive stress of dam foundation, and arranging reinforcement according to the distribution of stress. According to the damage map to put forward the corresponding seismic measures.(2) The design is based on the concrete high arch dam engineering example, using the large-scale finite element analysis software ABAQUS three-dimensional finite element analysis method to obtain the displacement diagram, stress diagram, structure of the vibration characteristics and dynamic response results regularity is better, These results not only have practical effect on the construction and design of practical projects, but also have great reference value for similar projects.Key words:Baihetan arch dam; modeling; finite element dynamic analysis and calculation; stress analysis。

拱桥的抗震设计与动力特性研究

拱桥的抗震设计与动力特性研究随着城市发展的不断壮大，更多的拱桥被建造起来，成为城市的地标和交通要道。

然而，地震的不可预测性和破坏性对这些拱桥的安全性提出了更高的要求。

因此，对拱桥的抗震设计与动力特性进行研究呼之欲出。

首先，拱桥的抗震设计就是为了保证它在地震发生时能够承受住地震力的作用，保持结构的完整性和稳定性。

这要求在拱桥的设计过程中考虑到地震力的作用，并通过结构的合理布置、材料的选择和加固措施等来提高拱桥的抗震能力。

拱桥的抗震设计中一个重要的因素是拱的几何形状。

拱桥的拱形对其抗震性能有着重要的影响。

较为常见的拱形设计包括圆拱、椭圆拱和多圆拱等。

研究表明，圆拱在抵抗地震力时具有较好的性能，其分配力的方式更加均匀，能够更好地提高桥梁的抗震能力。

椭圆拱的抗震性能较差，其桥梁受力不均匀，容易发生破坏。

而多圆拱的抗震性能介于两者之间。

此外，拱桥的抗震设计还需考虑材料的选择。

强度高、刚性好的材料有利于提高拱桥的抗震能力。

常用的材料包括钢、混凝土和钢筋混凝土。

其中，砼材料具有较好的韧性和抗冲击性能，能够在地震时延缓弯矩的发展，降低桥梁的损伤程度。

而钢材料由于其较高的屈服点和抗拉强度，能够极大地提高拱桥的抗震能力。

除了抗震设计之外，了解拱桥的动力特性也对其安全性有着重要的意义。

拱桥的动力特性指的是拱桥在地震作用下的振动特性。

研究拱桥的动力特性可以帮助工程师更好地了解拱桥的受力情况，为其合理的抗震设计提供参考。

在研究过程中，经常使用地震响应谱方法来进行分析。

地震响应谱是表示地震激励与结构响应之间关系的一种图形表达方式。

通过绘制拱桥在地震激励下的响应谱曲线，可以得出桥梁在地震中的振动特性，包括固有周期、阻尼比等。

了解拱桥的动力特性有助于确定合适的地震设计参数。

例如，可以通过计算确定拱桥的固有周期，从而选择合适的设计参数，确保拱桥在地震中不会发生共振现象。

同时，还可以通过计算分析拱桥的响应位移、应力等动态特性，为抗震设计提供参考数据。

锦屏一级水电站高拱坝整体抗震安全性研究

锦屏一级水电站高拱坝整体抗震安全性研究涂劲,李德玉,陈厚群(中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心,北京 100048)摘要:本文在高拱坝地基整体抗震安全评价体系的基础上,对锦屏一级水电站高拱坝地基体系的地震响应进行数值分析,并分别对其在不同地震超载倍数和不同基岩控制性滑裂面抗剪强度降低倍数下的安全性和破坏机理进行研究,分析其抗震工作的薄弱部位和破坏模式,并对其整体抗震安全性作出评价。

关键词:水工抗震;抗震安全;地震波动反应分析;高拱坝中图分类号:TV31文献标识码:AResearch on the seismic safety of high arch dam systemof Jinping ProjectTU Jin,LI Deyu,CHEN Houqun(China Institute o f Water Resources and Hydropo wer Research ,Beijing 100048)Abstract :Adopting a new seismic safety concept of arch da m and a numerical analysis method,this paper analyzesthe seismic safety c oefficient of the Jinping high arch dam under seismic overloading and the shear strength reduction of the slide surfaces in the wedges.The seismic failure mechanism of the dam reservoir foundation system is discussed and the seismic safety is estimated.Key words :earthquake fortification of hydraulic structures;seismic safety;seismic response analysis;high arch dam收稿日期:2009 04 21基金项目:国家自然科学基金重点项目(90510017),2007年中国电机工程学会电力青年科技创新项目作者简介:涂劲(1973 ),女,工学博士,高级工程师.E mail:tujin@0 引言锦屏一级水电站是雅砻江中下游河段的重要梯级开发电站,工程规模巨大,主要任务是发电,兼具蓄能、蓄洪和拦沙作用,是川电外送的主要电源点之一。

下承式钢管混凝土拱桥地震响应分析

下承式钢管混凝土拱桥地震响应分析下承式钢管混凝土拱桥地震响应分析1. 引言地震是一种常见的自然灾害，对人类的生命和财产造成了巨大的破坏。

在建设桥梁时，为了确保桥梁在地震发生时具有足够的抗震能力，钢管混凝土拱桥这种具有较高抗震性能的结构形式应运而生。

本文将对下承式钢管混凝土拱桥在地震中的响应进行分析。

2. 下承式钢管混凝土拱桥结构特点下承式钢管混凝土拱桥是一种利用钢管与混凝土相结合形成的桥梁结构，具有以下特点：2.1 钢管拱作为主体承载结构能够提供很好的受力性能，能够吸收大部分的地震作用力；2.2 混凝土填充钢管能够增强拱桥的整体刚度，提高抗震能力；2.3 拱的几何形状能够分散地震作用力并减小与桥梁之间的接触面积，降低地震对桥梁的影响。

3. 地震动分析地震动是地震时地面上所产生的振动波动，对于拱桥的抗震设计，必须对地震动进行分析。

常用的地震动分析方法有基于经验公式的地震动响应谱法和有限元法。

3.1 地震动响应谱法：通过对地震动的频谱特性进行分析，得出不同频率下的加速度、速度和位移等结果，用于拱桥的抗震设计；3.2 有限元法：将拱桥结构离散化为若干个小单元，分别求解单元的动力学特性，进而得到整个拱桥的动力学响应。

4. 下承式钢管混凝土拱桥地震响应分析4.1 模型建立：根据实际情况，确定下承式钢管混凝土拱桥的几何形状、材料性质与参数，并进行合理的离散化处理；4.2 荷载分析：根据地震动与桥梁相互作用的原理，对拱桥施加地震动加载，并考虑桥梁自重、交通荷载等额外荷载的作用；4.3 动力学分析：利用有限元软件对拱桥进行动力学分析，得出桥梁在地震加载下的动力响应结果，包括加速度、速度、位移等。

5. 结果与讨论通过动力学分析，得到下承式钢管混凝土拱桥在地震中的响应结果，可以对桥梁在不同地震动作用下的抗震性能进行评估。

通过对比分析不同参数下的结果，可以找到最优设计方案，并对拱桥进行相应的改进和加固，提高抗震能力。

拱形重力坝地震动力反应分析

拱形重力坝地震动力反应分析张社荣,卢向丽(天津大学建筑工程学院,天津 300072)摘要:本文运用有限元方法研究了拱形重力坝在地震作用下的动力反应。

计算分析时考虑了坝-地基-库水动力相互作用下拱形重力坝的模态特性,同时利用时程法计算了拱形重力坝在地震作用下的动应力、动位移及加速度,对结果进行了分析。

由结果可以得出动水压力采用质量元法是行之有效的。

而且较其他的方法更为简便,迅速,从而大大提高了工作效率。

关键词:水工结构;地震反应;时程分析;拱形重力坝中图分类号:TV312文献标识码:ADynamic analysis of seismic behavior of arc -gravity damZ HANG Sherong,LU Xiangli(School o f civil Engineering ,Tianjin University ,Tianjin 300072)Abstract :The seismic behavior of arc -gravity dam under earthgrake is investigated by means of FEM.The mode charac teristics of arc -gravity dam is studied under the mutual effect of the da m foundation and the dynamic water pressure,the dynamic stress,displacement,acceleration of arc -gravity dam under earthquake are computed with time -history analysis.Based on analysis of the above research results,it is proved that the dynamic water pressure may be calculated by /mass element method 0,which is more simple,convenient,fast and efficient than others.Key words :hydraulic structure;seismic behavior;time -history analysis;arc -gravity dam收稿日期:2003-07-15作者简介:张社荣,1960年生,男,教授1 概述拱形重力坝是一种抗震能力强的坝型。

拱坝-可压缩库水-地基地震波动反应分析方法

摘要：本文采用理论数值模型严格模拟可压缩库水与拱坝、地基间的动力相互作用，提出了一种拱坝?可压缩库水?地基系统地震波动反应的时域显式分析方法.针对位于Ⅸ度地震设防区、坝高292m的小湾高拱坝，用本文方法进行了地震动力反应分析，得到如下结论：考虑库水可压缩性将显著降低对小湾拱坝抗震起关键控制作用的部位的动拉应力，降低幅值可达45？表明附加质量模型过分夸大了小湾拱坝的地震动应力反应，对小湾拱坝的抗震安全评估是不合理的.关键词：拱坝可压缩库水库水地基相互作用地震反应1 研究现状Clough[1]基于有限元法开发了最早的拱坝地震反应分析程序——ADAP，其中将地基模拟为带有固定边界的无质量弹性体，没有考虑库水的影响.在ADAP程序的基础上，Kuo[2]，Ghanaat和Clough[3]将库水视为不可压缩水体以附加质量的方式考虑了库水动水压力的影响，开发了计算程序EADAP.为了考虑库水可压缩性的影响，Fok和Chopra[4]在频域内建立了拱坝—库水—地基系统动力相互作用分析的三维有限元子结构模型，但其中地基为无质量弹性体，没有考虑行波影响，以吸收系数表述的阻尼吸能边界来近似模拟库水—地基的动力相互作用，吸收系数根据库底地质条件估算，由于无质量地基可以避免地基惯性引起的对入射地震动的放大效应，但不能合理代表坝体—地基的动力相互作用，表示库水—地基动力相互作用的库底吸收系数也是基于库水和均匀半无限空间的波反射表达式而提出的近似关系，研究对象的实际几何形状以及库区的地质、地貌特征使得该系数很难估计，实际上反射系数模型仅仅计入了地基的阻尼影响而未能考虑到地基惯性的影响，通常应用的一维模型的反射系数也不全面，理论上它会低估三维实际地基的辐射阻尼效应.此后，Tan和Chopra[5，6]改进了Fok和Chopro[4]模型，用边界元离散地基，在坝体—基岩动力相互作用中考虑了基岩的惯性和阻尼，但仍保留了在坝体—地基交界面一致地震输入的假定和库底吸收边界条件的假定.Dominguez和Maeso[7]在频域内建立了拱坝—库水—地基系统动力相互作用分析的三维边界元模型，严格考虑了坝体—库水动力相互作用、坝体—地基动力相互作用、库水—地基动力相互作用，比较了严格的库水—地基动力相互作用模型与Fok和Chopra库底吸能边界模型在简谐输入地震波作用下拱冠顶加速度的频响函数，结果表明两者间有显著差异.Zhang、Jin和Pekau[8]也提出了拱坝—地基动力相互作用分析的有限元—边界元—无限元模型，这一工作的创新点主要在于对阻抗函数简化处理后的时域模型方面，库水模型为附加质量.杜修力、陈厚群和侯顺载[9]应用时域显式有限元方法结合透射人工边界，建立了拱坝—地基非线性地震波动反应分析模型和方法，Du xiuli、Zhang yanhong和Zhang baiyan[10]为消除透射人工边界的高频失稳，在这一拱坝—地基非线性地震波动反应分析模型中进一步引进了与介质应变成正比的阻尼.杜修力、涂劲、陈厚群[11]还将动接触力模型与时域显式有限元方法结合建立了有缝拱坝—地基非线性地震波动反应分析模型和方法.Du Xiuli等人的分析模型中考虑了坝基中节理、裂隙、断层的非线性特性和介质非均匀特性，由于是在时域进行的物理过程的直观模拟，因此，严格反映了地震波传播过程的行波效应，但对库水的影响仍是采用了不考虑库水可压缩性的附加质量模型.由于库底吸收边界模型存在吸收系数难以确定的困难，而且吸收系数是用一维模型或人为经验确定的，存在不准确和不确定性，其取值又对拱坝地震反应影响很大，因此，这种近似模型并未在实际中得到应用.不考虑库水可压缩性的附加质量模型由于其简单和在一定程度上近似反映了一些实际情况在工程应用上得到了有条件的认可，但学术界仍有较大争议.Dominguez和Maeso[7]在国际上首次采用了严格的理论模型来分析可压缩库水对拱坝在简谐输入地震波作用下的反应，但未与附加质量模型进行比较，更未就作为抗震设计控制指标的坝体应力进行分析.20世纪80年代和90年代，为从原型试验中得到对这一问题的准确理解，中美两国合作在响洪甸、泉水、Monticello、东江、龙羊峡等拱坝进行了一系列现场激振试验，取得了有意义的重要进展，但遗憾的是并未获得一种是否应该考虑库水可压缩性以及如何考虑的明确结论.这也表明库水可压缩性问题无论是从学术上或是从实际工程应用上都需要做进一步的深入研究.在用模型试验和原型试验验证理论上近似的数值分析模型仍有一定困难的情况时，采用理论上严格的数值分析模型与之比较应不失为一种选择途径.本文考虑库水可压缩性，提出了拱坝—可压缩库水—复杂地基地震波动反应时域显式分析方法，并以小湾拱坝为例进行了实例分析并与附加质量模型方法进行了比较.2 拱坝—库水—地基系统非线性地震反应分析方法2.1 显式有限元内点公式2.1.1坝体和地基区域考虑到坝体和地基都有一定的阻尼，且网格尺寸差别较大，这时坝体—地基系统有限元离散模型中的阻尼比变化范围很大.因受稳定的影响，Du xiuli、Zhang yanhong和Zhang baiyan[10]应用的显式有限元内点计算格式虽简单但稳定性要求高，杜修力、王进廷[12]提出的计算格式虽然每一步的计算工作量稍大，但稳定性好.特别是前者对于无介质阻尼的情况是无条件失稳的，计算稳定性要求的较大介质阻尼又与输入地震波时假定的弹性半空间地基有矛盾，从而对水平基岩面的设防地震动标准产生影响(取不同深度的底部人工边界在理论上就得不到一个确定的设防标准值).事实上，相对于地基辐射阻尼而言介质阻尼的影响是可以忽略的，因此，不从分析模型的角度考虑地基介质材料阻尼而仅就控制人工边界数值失稳的角度引入极小的与介质应变成正比的阻尼是合理的，另一种解决途径是对地基人工边界计算区不考虑介质阻尼.这里对拱坝和地基区域采用杜修力、王进廷[12]提出的显式有限元计算格式：2.1.2库水区域库水的粘性系数很小，一般都假定为理想流体，但为了消除多次透射人工边界高频失稳问题，需要引入很小的与刚度成正比的阻尼.由于这时的阻尼非常小，从计算量和稳定性两方面考虑，王进廷、杜修力[13]提出了一种对零阻尼和小阻尼非常有效的计算格式，其位移和速度计算公式表述如下：2.1.3库水与坝体、库水与地基交界面的边界条件 (1)库水与坝体、地基交界面法向位移连续；(2)库水与坝体、地基交界面切向剪力为零；(3)库水与坝体、地基交界面法向力平衡.用下标1表示与坝体和地基相关的变量，下标2表示与库水相关的变量；用正交坐标系的z方向表示交界面法向方向，x、y方向表示切向方向，交界面结点l的位移、速度的表达式为(详细推导过程可见参考文献[13])2.2人工边界由于多次透射人工边界对平行于人工边界的波传播是无效的，因此，要求由其计算的波是向外射向人工边界，一般通过总场减去自由场的方式可以获得这种散射波场.但拱坝—库水—地基系统中，难以确定库水上游端自由场，也就不能确定要求的散射波场.多次透射人工边界的修正公式的优点是可以反映平行人工边界的波传播，若将总场分解为入射场和外行场后，垂直入射地震动作用时在库水上游边界无射向人工边界的波场，此时在射向库水上游边界的外行波场中虽有平行于人工边界传播的波，但用廖振鹏和李小军[15]提出的多次人工透射边界的修正公式可以实现完全模拟，因此，在这里采用多次透射人工边界修正公式.2.3地震动输入本文仍采用杜修力、陈厚群和侯顺载[11]使用的波场分解方法，在人工边界区将总场分解为入射波场和外行波场，用多次透射人工边界的修正公式计算外行波场，这也使计算工作相对于自由场和散射场的分解方式要简便得多.3 考虑库水可压缩性的小湾拱坝地震反应分析拟建中的小湾水电站，位于云南省凤庆县和南涧县交界处，在澜沧江与左岸支流黑惠江汇合口至以下3.85 km的河段上.小湾水电站总库容145亿m3，总装机容量4200MW，主要用于发电、防洪和灌溉，是8级开发澜沧江中下游河段的两个核心电站之一.坝址河谷相对较宽，呈V型，坝顶处河谷宽720m，两岸山坡平均坡度分别为40°～42°，坝址区基岩主要由黑花岗片麻岩，角闪斜长片麻岩组成.拱坝坝高292m，为抛物线变厚度双曲拱坝，大坝上游正常蓄水位1240m，常遇低水位1181m，满库时基本自振周期接近于1s.小湾电站周围地质条件比较复杂，历史地震发生频繁，经中国地震局烈度评定委员会审查，确定工程区基本烈度为Ⅷ度.小湾拱坝的设计烈度为Ⅸ度.3.1计算基本资料坝体几何尺寸和坝体及地基基本材料特性，采用昆明勘测设计院提供的技术资料.坝底高程953m，坝顶高程1245m，最大坝高292m，坝顶弧长935m，坝顶厚12m，坝底厚73m.混凝土动态弹性模量Ed=27.3GPa，密度ρd=2400N/m3，泊松比νd=0.189.基岩根据实际情况细分为21种材料(表1)，取瑞利阻尼假定，为方便与Du xiuli、Zhang yanhong和Zhang baiyan[10]的结果的比较，确定瑞利阻尼系数的两阶阻尼比仍取为0.05(分别对应于f1=1.0Hz 和f2=15.0Hz).表1 地基材料参数对于Ⅸ度设防的小湾拱坝，国家有关部门审核确定水平向设计地震动峰值加速度为0.308g，竖向设计地震动峰值加速度取水平向的2/3，即0.205g.本文采用以设计反应谱为目标谱生成的人工地震波作为输入地震波，考虑到从弹性半空间水平基岩面的地震动反演为无穷远垂直输入地震波的问题，将其时程曲线乘以05以后如图1所示.(a)横河向(b)顺河向(c)垂直向图1 小湾人工合成地震波3.2有限元模型本文计算中，小湾坝体和基岩部分有限元网格采用Du Xiuli等[10]文中给出的剖分网格，该网格以三维8结点单元以及6结点退化单元对坝体和地基进行有限元离散，共划分20107个单元，22878个结点，坝体—地基系统的网格剖分示意图如图2所示.库水部分单元由作者根据坝体—基岩系统单元剖分情况剖分而成，高水位时共有971个单元，1201个结点，其中包括库水与坝体—基岩系统交界面结点334个；低水位时共有583个单元，756个结点，其中包括库水与坝体—基岩系统交界面结点249个.图2 小湾拱坝—地基系统网格剖分示意3.3计算工况计算中分不可压缩库水的附加质量模型和可压缩库水模型两种情况，考虑了无库水的空库和有库水时的高水位和低水位3种工况.正常蓄水位1240m(库水深度287m)即高水位，低水位即为常遇低水位1181m(库水深度228m).3.4 三向输入地震动时小湾拱坝的地震反应同时输入图1所示的横河向、顺河向和垂直向3个方向的小湾拱坝场址人工合成的地震动加速度对小湾拱坝模型进行计算，得到上游面主要位置位移、加速度和应力反应最大值和最小值，见表2～表5.图3～图5为坝顶上游面拱冠处位移、加速度和应力时程曲线.由表2可见，高水位时附加质量模型计算出的拱坝各点的最大位移的绝对值反应几乎都较可压缩库水模型计算出的相应值大，特别是拱冠梁的顺河向位移反应；低水位时也有同样趋势，只是在拱冠梁处不如高水位明显.考察表3可以看到加速度绝对值与前面的位移反应有几乎相同的结果，只是两者相差更小，低水位时拱冠梁顺河向加速度反应则略有不同.表2 主要位置位移绝对值的最大值(单位：m)表3 主要位置加速度绝对值的最大值(单位：m/s2)观察上游面主要位置的最大应力表(表4)和最小应力表(表5)可以发现，附加质量模型计算得到的横河向和垂直向最大应力值大于可压缩库水模型计算得到的最大值，最小值小于可压缩库水计算模型计算得到的最小值；而顺河向结果除低水位时拱冠顶外正好与此相反，可压缩库水模型计算得到的最大应力值大于附加质量模型计算得到的最大值，最小应力值小于附加质量模型计算得到的最小值.对于应力反应较大的拱冠中、上部分，可压缩库水模型求得的拱向、梁向应力均显著低于附加质量模型求得的拱向、梁向应力，高水位时拱冠顶拱向拉应力较低水位时拱冠顶拱向拉应力降低更多，可达20%以上，特别是对于拱坝抗震起控制作用的拱冠梁中、上部梁向拉应力，库水可压缩效应可使其降低达45%.由于混凝土抗拉强度远远低于抗压强度，按照经验，对拱坝抗震安全设计起控制作用的通常是拱冠梁上部1/3附近处的梁向拉应力，而拱冠中、上部的拱向拉应力实际上由于横缝的存在而不会如表中所示.当考虑到这一因素时，中、上部的梁向拉应力对两种计算模型都会有所增加，我们将在今后的研究中进一步研究这一问题.表4 主要位置应力最大值(单位：MPa)表5 主要位置应力最小值(单位：MPa)图3 坝顶上游面拱冠位移时程曲线(顺河向)图4 坝顶上游面拱冠加速度时程曲线(顺河向)图5 坝顶上游面拱冠应力时程曲线(垂直向)4 结论本文考虑了库水的可压缩性，对小湾拱坝—库水—地基系统的地震反应进行了初步分析针对小湾拱坝的计算结果表明：考虑库水可压缩性后，将十分明显地降低对拱坝抗震安全性起控制作用的部位的应力反应.具体讲是使中、上部位拱冠梁的梁向拉应力降低达45%左右，拱冠顶拱向拉应力降低达20%以上，这对于评估拱坝抗震安全是有利的，也说明附加质量模型是不合理的，过于夸大了拱坝抗震关键部位的应力反应.以往的众多研究表明地基能量幅射的影响，使得上部拱向拉应力降低达40%左右，梁向拉应力变化不大，本文的研究显示库水可压缩性的影响与地基能量辐射的影响同样重要.由于本文结论是针对小湾拱坝进行分析得到的，作为一般性结论尚有局限性.参考文献：[1] Clough R C.The finite element method in plane stress analysis[C].Pro.2nd ASME Conference on Electornic Computation，Pittsburgh，Pa.，1960.[2] Kuo J S-H. Fliud-structure interaction:Added Mass Computation for incompressible fliudp[R].Report No.UCB/EER-82/09，Earthquake Engineering Research Center，University of California，Berkerly，California，1982.[3] Ghanaat Y，Clough R W.EADAP enhanced arch dam analysis program，User''s manual[R].ReportNo.UCB/EER-89/07，Earthquake Engineering Research Center，University of California，Berkeley，California，1989.[4] Fok K L，Chopra A K.Earthquake analysis of arch dams including dam water interaction，reservoirboundary absorption and foundationflexibility[J].Earth quake Engineering and Structure Dyanmics，1986，14(2):155-184.[5] Tan H C，Chopra A K.Earthquake analysis of arch dams includingdam-water-foundation rock interaction[J].Earthquake Engineering and Structure Dyanmics，1995，24(11):1453-1474.[6] Tan H C，Chopra A K.Dam-foundation rock interaction effects in frequency-response function of arch dams[J].Earthquake Engineering and Structure Dyanmics，1995，24(11):1475-1489.[7] Dominguez J，Maeso O.Eqrthquake analysis of arch dams.Ⅱ Dam water foundationinteraction[J].J.Eng.Mech.，ASCE，1992，119(3):513 530.[8] Zhang C H，Jin F，Pekau O.Time domain procedure of FE-BE-IBE coupling of seismic interaction of arch dams and canyons[J].Earthquake Engineering and Structure Dynamics，1995，24(12):1651-1666.[9] 杜修力，陈厚群，候顺载.拱坝系统三维非线性地震波动分析[J].地震工程与工程振动，1996，16(3).[10] Du Xiuli，Zhang Yanhong，Zhang Boyan.Nonlinear Seismic Response Analysis of Arch Dam-Foundation Systems[C].Theories and Applications of Structural Engineering，Etited by L.Y.Ye and J.P.Ru，Yunnan Sicence and Technology Press，2000，1-16.[11] 杜修力，涂劲，陈厚群.有缝拱坝—地基系统非线性地震波动反应分析方法[J].地震工程与工程振动，2000，20(1)：11-20.[12] 杜修力，王进廷.阻尼弹性结构动力计算的显式差分法[J].工程力学，2000，(17)：37-43.[13] 王进廷.高混凝土坝—可压缩库水—淤砂—地基系统地震反应分析研究[D].北京：中国水利水电科学研究院，2001.[14] 廖振鹏，李小军.推广的多次透射边界条件[J].力学学报，1995，27(1)：69-78。

混凝土结构在强震作用下的动力响应分析

混凝土结构在强震作用下的动力响应分析一、前言混凝土结构在地震作用下的动力响应分析一直是结构工程领域的重要研究方向。

随着地震活动的频繁发生，对地震安全性的要求越来越高，混凝土结构的动力响应分析也变得越来越重要。

本文将对混凝土结构在强震作用下的动力响应分析进行全面的研究。

二、混凝土结构的动力响应1. 动力响应的定义动力响应是指结构在地震作用下的振动情况，包括结构的位移、速度、加速度等参数。

对于混凝土结构而言，动力响应是指结构在地震作用下的变形情况，包括结构的裂缝、变形等。

2. 影响动力响应的因素混凝土结构的动力响应受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面：（1）结构的初始状态：混凝土结构的初状态对动力响应有着重要的影响，例如结构的预应力、荷载等。

（2）地震波的强度和频率特征：地震波的强度和频率特征对混凝土结构的动力响应有着重要的影响，强震波作用下的动力响应比弱震波要大得多。

（3）结构的几何形状和材料性质：结构的几何形状和材料性质对动力响应有着重要的影响，例如结构的刚度、耐久性等。

三、混凝土结构的动力响应分析方法1. 基于有限元模型的动力响应分析有限元模型是一种基于数值计算的动力响应分析方法，该方法可以模拟结构在地震作用下的振动情况，通过计算结构的位移、速度、加速度等参数，来分析结构的动力响应。

2. 基于试验的动力响应分析试验方法是一种基于实验的动力响应分析方法，该方法通过在实际结构上进行试验，测量结构在地震作用下的变形情况，来分析结构的动力响应。

四、混凝土结构在强震作用下的动力响应分析1. 基于有限元模型的动力响应分析（1）模型建立建立混凝土结构的有限元模型，包括结构的几何形状、材料性质等参数。

（2）地震波输入将地震波输入到模型中进行计算，通过计算结构的位移、速度、加速度等参数，来分析结构的动力响应。

（3）结果分析根据计算结果，分析结构在地震作用下的变形情况，包括结构的裂缝、变形等。

2. 基于试验的动力响应分析（1）试验设计设计试验方案，包括试验结构的几何形状、材料性质等参数。

拱坝-可压缩库水-地基地震波动反应分析方法

拱坝-可压缩库水-地基地震波动反应分析方法
杜修力;王进廷
【期刊名称】《水利学报》
【年(卷),期】2002(000)006
【摘要】本文采用理论数值模型严格模拟可压缩库水与拱坝、地基间的动力相互作用,提出了一种拱坝-可压缩库水-地基系统地震波动反应的时域显式分析方法.针对位于Ⅸ度地震设防区、坝高292m的小湾高拱坝,用本文方法进行了地震动力反应分析,得到如下结论:考虑库水可压缩性将显著降低对小湾拱坝抗震起关键控制作用的部位的动拉应力,降低幅值可达45%,表明附加质量模型过分夸大了小湾拱坝的地震动应力反应,对小湾拱坝的抗震安全评估是不合理的.
【总页数】8页(P83-90)
【作者】杜修力;王进廷
【作者单位】北京工业大学,北京,100022;清华大学,水利水电工程系北京,100084【正文语种】中文
【中图分类】TV312;TU311.3
【相关文献】
1.考虑库水可压缩性的拱坝动力响应分析 [J], 杨柳;何蕴龙
2.重力坝—库水—淤沙—地基系统的地震波动分析 [J], 贺向丽;叶懋;伍文龙
3.考虑可压缩库水作用混凝土拱坝的动力特性和地震反应分析 [J], 谢开仲;韦良;李海
4.地基辐射阻尼和库水对拱坝非线性地震响应的影响 [J], 刘新佳;龙渝川;徐艳杰
5.有缝拱坝-地基系统非线性地震波动反应分析方法 [J], 杜修力;涂劲;陈厚群因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

关于龙羊峡拱坝坝肩地震动力反应问题

关于龙羊峡拱坝坝肩地震动力反应问题
李瓒
【期刊名称】《西北水电》
【年(卷),期】2001(000)003
【摘要】由于龙羊峡是国内首座设防烈度为9°(后8°)的高拱坝,左坝肩地形单薄,发生高地震时坝肩岩体会出现严重的稳定性问题.为此,从原型、模型和理论计算上全面地研究解决了这个问题.研究证明龙羊峡左坝肩地震动力反应为3～4倍,这个结论为大坝投运中多次实发地震所证实.虽然这些地震在坝址处的烈度均在6°或6°以下, 但从本质上证实了20年前解决本问题的技术路线和反应量级甚至具体数字都是正确的.近年来我国强震区的特高拱坝均采用了这种办法.
【总页数】4页(P25-28)
【作者】李瓒
【作者单位】国家电力公司西北勘测设计研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TV642.4+6;P315.2
【相关文献】
1.大岗山拱坝地震动力反应分析 [J], 陈林
2.考虑可压缩库水作用混凝土拱坝的动力特性和地震反应分析 [J], 谢开仲;韦良;李海
3.非均匀地震输入下的拱坝动力反应 [J], 赵文光;谭宗权
4.坝肩岩体地震残余变形对小湾拱坝安全度影响 [J], 崔玉柱;周元德;张楚汉;金峰
5.拱坝-地基动力体系的简化计算模型及其在地震作用下的动力反应分析 [J], 林皋;陈健云;林蓓
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不同地基模型对拱坝动力响应的影响

不同地基模型对拱坝动力响应的影响李树山;刘祖军;贾明晓;解伟【摘要】在粘弹性人工边界理论基础上,结合波场分解法的地震动输入方法,应用ANSYS软件的参数化语言APDL,编制了模拟粘弹性人工边界和地震荷载输入的程序.针对某碾压混凝土拱坝建立了“库水-拱坝-地基”联合作用的有限元模型,采用施加粘弹性边界并输入相应地震动,讨论了无限地基辐射阻尼的影响,并与无质量地基模型的计算结果进行比较分析.研究结果表明,只有考虑辐射阻尼效应才会得到符合实际情况的坝体地震响应结果,因此实际工程抗震分析时对地基的模拟应该合理选取.%Based on viscous-spring artificial boundarv theory and wave field decomposition method of ground motion,the program for simulating viscous-spring artificial boundary and seismic load is developed by using the parametric language function of ANSYS bined with practical arch dam engineering,the finite element model of dam-reservoirfoundation is established.Through implementing the viscous-spring artificial boundary and inputting corresponding seismic motion,the effects of radiation damping are pared with the calculation results of massless foundation model,it is found that the seismic response of dam will be in line with actual situation when the effect of radiation damping is considered.So the foundation model should be reasonably selected in seismic analysis of actual projects.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2017(043)008【总页数】7页(P56-61,75)【关键词】拱坝;动力响应;粘弹性人工边界;无质量地基【作者】李树山;刘祖军;贾明晓;解伟【作者单位】华北水利水电大学,河南郑州450045;华北水利水电大学,河南郑州450045;华北水利水电大学,河南郑州450045;华北水利水电大学,河南郑州450045【正文语种】中文【中图分类】TV642.4在超高大坝、超长桥梁、超高建筑等大型结构动力响应分析中,其刚度、重量、跨度都很大而地基往往相对较柔,刚性地基假定不符合实际情况,需要考虑无限地基能量辐射效应的影响。

强震作用下特高拱坝动力响应及损伤特征研究

强震作用下特高拱坝动力响应及损伤特征研究高志良;黄会宝;沈定斌;彭涛【期刊名称】《工程地球物理学报》【年(卷),期】2024(21)1【摘要】我国的特高拱坝多建于西南地区,西南地区处于地震多发区,且震级大、烈度高,因此特高拱坝的抗震安全一直是重点关注问题。

本文以位于强震区的大岗山特高拱坝为研究对象,采用真实破裂过程分析软件RFPA 3D-Dynamics开展地震动力响应数值模拟。

研究了地震作用下坝体变形、应力变化规律,根据损伤演化及声发射变化规律提出大岗山拱坝地震作用下的潜在失稳损伤区域。

研究结果表明:拱坝坝体内部随地震波扰动发生局部应力集中、应力释放现象,拱坝在设计地震波(地震峰值加速度0.5575 g)作用下能够依靠自身结构调整,保持变形协调,应力分布合理,无大规模损伤破坏。

在1.5倍设计地震波情况下,拱坝顺河向位移突变量超过240 mm,远超坝体正常位移变形范围,此时拱坝发生大规模损伤开裂现象,且主要损伤开裂区域为拱冠梁顶部及左右半拱中上部区域。

通过研究拱坝地震荷载作用下的动态响应特征,分析损伤演化规律,能够较为直观地判断拱坝易受损区域和掌握拱坝工作性态。

【总页数】13页(P22-34)【作者】高志良;黄会宝;沈定斌;彭涛【作者单位】国能大渡河流域水电开发有限公司;四川大学水利水电学院【正文语种】中文【中图分类】P642【相关文献】1.基于 ABAQUS 的高拱坝强震作用下的损伤破坏分析2.强震作用下高拱坝损伤开裂数值模拟分析3.强震作用下某水电站高陡边坡的动力响应分析4.强震作用下特高拱坝非线性地震反应分析5.强震作用下肋拱式渡槽动力响应及损伤破坏机理研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

拱坝地震风险管理定稿

拱坝地震风险00摘要：本文首先运用分解分析法对拱坝地震风险进行识别，识别了坝基和坝体的风险因素。

然后根据风险发生的五个后果对拱坝的影响，对风险因素进行衡量，得到概率分布。

在此基础上，运用CIM方法对风险因素进行叠加，从而对风险进行评价。

最后提出拱坝的抗震措施。

关键词：拱坝；地震风险；CIM1.拱坝地震风险概述风险的概念可以从经济学、管理学、保险学等不同角度去认识。

对于某事件，明知不能实现就不去做，则没有风险。

另一项事件，无论其发生与不发生，都不会带来损失，则该事件也不存在风险。

虽然风险的说法不统一，但其具有两个特征，一是事件的不确定性，二是事件发生后产生有损失的后果。

因此简单地说，风险是指损失发生的不确定性，它是不利事件或损失发生概率及其后果的函数。

用数学公式表示为R=F(P,C)其中，R表示风险，P表示不利事件发生的概率，C表示该事件发生的后果。

稍微详细的文字表述为:风险是人们因对未来行为的决策及客观条件的不确定性而可能引起的后果与预定目标发生多种负偏离的综合。

这里对于拱坝地震风险，P即为地震发生后拱坝各种不利后果发生的概率，而C即为拱坝在各种不利后果中的损失值。

2.拱坝风险辨识与评估本文根据拱坝的特征来具体分析地震发生对拱坝的影响，分析总结拱坝在地震发生时可能发生的不利后果。

地震对拱坝的影响主要是在坝基和坝体上。

2.1风险因素识别首先，本文分别将采用分解分析法进行拱坝地震风险因素识别。

2.1.1坝基地震对拱坝的影响土要表现在两个方向。

地震影响之一是对坝基的影响。

坝基，包括两岸坝座，由于地形和地质条件的不同，或者体内有软弱结构面，在地震作用下会引起表层岩石坍塌、内部节理裂隙张开、地下渗漏水增加甚至于局部岩块滑动。

这种影响，尤其在河谷上部出于反应的放大作用而更加明显。

例如帕年伊玛拱坝遭受地震的损伤都集中在左岸坝座范围，包括：⑴坝与推力墩之间的接缝张开；⑵推力墩和左坝座内岩体的开裂；⑶两个岩体区域的移动；⑷山坡有较大范围的坍塌。

有缝拱坝的地震响应分析及减振技术研究的开题报告

有缝拱坝的地震响应分析及减振技术研究的开题报告
地震是自然界中最为严重的灾害之一，可以对固体结构和基础产生破坏性影响。

而水利工程中的拱坝，一般都采用连续坝体结构，分层叠合，整体稳定性强。

但是，在地震发生时，由于地震所产生的竖向和横向地震作用，整个拱坝的安全性可能会受到破坏。

因此，本文的研究目的是：通过分析有缝拱坝的地震响应，探讨其造成的影响，并研究减振技术以提高拱坝的地震安全性。

研究方法：
1.基于ANSYS软件的非线性时程分析方法，对有缝拱坝在地震作用下的响应进行数值模拟分析。

2.在分析过程中，考虑地震波的不同方向、不同强度和不同频率对拱坝的响应和损伤的影响，同时考虑拱坝在弯曲和剪切作用下的受力变化。

3.针对分析结果提出减振技术，如采用减震器、加固缝隙等方法，以提高拱坝的抗震能力。

研究意义：
1.能够更准确地探究地震对拱坝造成的影响，以指导拱坝的设计和建造，提高其地震安全性。

2.通过研究减振技术，能够提高拱坝受力的分布均匀性和强度，以减少拱坝在地震作用下的损害程度。

3.实验结果对于整个水利工程领域，尤其是拱坝工程的开发和设计具有重要的理论和实践意义。

预期成果：
通过研究和实验，本文将获得有关有缝拱坝的地震响应规律以及地震包络下的拱坝塑性变形特点等方面的数据，进一步探讨并提出行之有效的减振技术。

同时，还将为拱坝抗震设计提供一定的理论参考。