鑒于動(dòng)力響應(yīng)分析是重力壩抗震設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),地震過程中各類影響因素的耦合機(jī)制十分復(fù)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(duì)重力壩動(dòng)力響應(yīng)的影響展開研究,分析參數(shù)與重力壩動(dòng)力響應(yīng)變化規(guī)律間的關(guān)系。結(jié)果表明,材料密度、彈模對(duì)結(jié)構(gòu)自振特性及加速度響應(yīng)的影響顯著,其中密度與自振頻率和加速度響應(yīng)呈負(fù)相關(guān),彈模則與之呈正相關(guān),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(yīng)受自振特性中震動(dòng)周期的影響最大,且結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分布規(guī)律與自身形式相關(guān),受材料密度、彈模變化的影響較小,因此可認(rèn)為降低材料密度、提升材料彈模是控制重力壩動(dòng)力變形的有效手段,為抗震設(shè)計(jì)材料的比選提供了理論依據(jù)。 

【文章來源】：水電能源科學(xué). 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(duì)重力壩動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律，因此未考慮壩體-壩基材料非線性對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響。采用自主編譯的Fortran程序進(jìn)行計(jì)算[4]，使用時(shí)程法在靜力分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)力分析，通過廣義Newmark法確定每一時(shí)刻壩體與地基的應(yīng)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?cái)鄠?cè)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(shí)程曲線見圖2，地震波時(shí)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(dòng)力相互作用采用Westgaard附加質(zhì)量法進(jìn)行考慮。由于大壩動(dòng)力響應(yīng)最大值常出現(xiàn)在壩頂，因此結(jié)構(gòu)分析中均選擇上游面壩頂作為特征點(diǎn)進(jìn)行分析。大壩材料參數(shù)見表1，根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB51247-2018)[5]，材料動(dòng)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(shè)立9種工況進(jìn)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(shí)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(gè)工況分為4類情況進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，材料密度彈模對(duì)結(jié)構(gòu)加速度動(dòng)力響應(yīng)的影響同樣明顯，由工況1～4的對(duì)比可得，材料彈模與加速度響應(yīng)的變化呈正相關(guān)，材料密度與加速度響應(yīng)變化呈負(fù)相關(guān)，且當(dāng)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(yīng)遠(yuǎn)大于工況2。但工況2與工況3的數(shù)值結(jié)果并不能代表材料密度對(duì)重力壩加速度響應(yīng)的影響重于材料彈模；對(duì)比工況5、6的加速度時(shí)程，可發(fā)現(xiàn)材料密度與彈模同時(shí)提升對(duì)加速度響應(yīng)的影響明顯強(qiáng)于參數(shù)同時(shí)降低，說明材料參數(shù)間的相互影響在動(dòng)力響應(yīng)分析中不容忽視。同時(shí)工況5、6的加速度峰值均小于工況2、3，這也從側(cè)面印證了密度、彈模與加速度響應(yīng)的相關(guān)性截然相反。工況7與工況8的加速度時(shí)程對(duì)比進(jìn)一步驗(yàn)證了前述結(jié)論，工況7時(shí)材料密度降低、彈模升高，此時(shí)的加速度響應(yīng)明顯強(qiáng)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]河床式水電站廠房地震響應(yīng)軟弱基巖彈模敏感性分析[J]. 蘇晨輝,宋志強(qiáng),曹偉,黨康寧.  水利水電技術(shù). 2017(11)
[2]壩體彈模和壩高對(duì)重力壩動(dòng)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(duì)重力壩地震響應(yīng)的影響[J]. 何蘊(yùn)龍.  武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)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(yīng)分析[D]. 趙蘭浩.河海大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3417630