鑒于動力響應分析是重力壩抗震設計中的關鍵環(huán)節(jié),地震過程中各類影響因素的耦合機制十分復雜,以金安橋重力壩某非溢流壩段為工程依托,圍繞材料密度、彈模對重力壩動力響應的影響展開研究,分析參數(shù)與重力壩動力響應變化規(guī)律間的關系。結果表明,材料密度、彈模對結構自振特性及加速度響應的影響顯著,其中密度與自振頻率和加速度響應呈負相關,彈模則與之呈正相關,且不同材料參數(shù)間存在不可忽視的相互影響;重力壩位移響應受自振特性中震動周期的影響最大,且結構動力響應分布規(guī)律與自身形式相關,受材料密度、彈模變化的影響較小,因此可認為降低材料密度、提升材料彈模是控制重力壩動力變形的有效手段,為抗震設計材料的比選提供了理論依據(jù)。 

【文章來源】：水電能源科學. 2020,38(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

金安橋重力壩有限元模型示意圖

研究主要圍繞材料參數(shù)變化對重力壩動力響應的影響規(guī)律，因此未考慮壩體-壩基材料非線性對結構動力響應的影響。采用自主編譯的Fortran程序進行計算[4]，使用時程法在靜力分析的基礎上進行動力分析，通過廣義Newmark法確定每一時刻壩體與地基的應力分布及變形情況，選用固定人工邊界作為地基邊界條件，即在無質(zhì)量地基模型中地基的截斷側邊界上施加法向固定約束，底邊界上施加雙向固定約束，慣性力僅施加在壩體上，地基上不加慣性力，只考慮其剛度。地震荷載選取Koyna地震波，其歸一化的加速度時程曲線見圖2，地震波時長12.8s，水平向峰值加速度為0.474g，豎直向峰值加速度為0.312g，地震荷載作用下庫水-壩體的動力相互作用采用Westgaard附加質(zhì)量法進行考慮。由于大壩動力響應最大值常出現(xiàn)在壩頂，因此結構分析中均選擇上游面壩頂作為特征點進行分析。大壩材料參數(shù)見表1，根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》（GB51247-2018)[5]，材料動態(tài)參數(shù)在靜態(tài)情況下將彈性模量提升50%。通過改變材料密度、彈模的數(shù)值，組合設立9種工況進行仿真分析，各工況下密度和彈模數(shù)值變化系數(shù)見表2。

圖3為金安橋重力壩不同工況下壩頂加速度的時程曲線，并按調(diào)整彈模、調(diào)整密度、彈模與密度共同調(diào)整將9個工況分為4類情況進行對比分析。結果表明，材料密度彈模對結構加速度動力響應的影響同樣明顯，由工況1～4的對比可得，材料彈模與加速度響應的變化呈正相關，材料密度與加速度響應變化呈負相關，且當工況2、3自振特性接近相同的情況下，工況3的加速度響應遠大于工況2。但工況2與工況3的數(shù)值結果并不能代表材料密度對重力壩加速度響應的影響重于材料彈模；對比工況5、6的加速度時程，可發(fā)現(xiàn)材料密度與彈模同時提升對加速度響應的影響明顯強于參數(shù)同時降低，說明材料參數(shù)間的相互影響在動力響應分析中不容忽視。同時工況5、6的加速度峰值均小于工況2、3，這也從側面印證了密度、彈模與加速度響應的相關性截然相反。工況7與工況8的加速度時程對比進一步驗證了前述結論，工況7時材料密度降低、彈模升高，此時的加速度響應明顯強于工況8，但即使工況7的參數(shù)變化組合，其加速度峰值也未超過工況2、3。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]河床式水電站廠房地震響應軟弱基巖彈模敏感性分析[J]. 蘇晨輝,宋志強,曹偉,黨康寧.  水利水電技術. 2017(11)
[2]壩體彈模和壩高對重力壩動力特性的影響研究[J]. 童偉,韓雪嬌,范書立,許韜.  水力發(fā)電. 2015(02)
[3]壩高和基巖剛度對重力壩地震響應的影響[J]. 何蘊龍.  武漢大學學報(工學版). 2007(06)

博士論文
[1]考慮壩體—庫水—地基相互作用的有橫縫拱壩地震響應分析[D]. 趙蘭浩.河海大學 2006



本文編號：3417630