不同地基模型对拱坝动力响应的影响

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。     

强震作用下高拱坝损伤开裂数值模拟分析

结合拉西瓦水电站拱坝实际工程,基于混凝土动态损伤力学模型,以粘弹性人工边界反应远处地基辐射阻尼效应,采用Drucker-Prager模型来模拟坝基岩体在强震作用下的力学行为,视拱坝-库水-地基为一"三位一体"耦联动力系统,基于ANSYS平台的有限元程序二次开发,对高拱坝进行强地震动作用下的损伤开裂数值模拟研究,为高拱坝抗震设计与安全评价提供一种分析途径。     

双曲拱坝地震动力响应分析

基于坝体-地基-库水系统运用三维线弹性有限元方法对双曲砌石拱坝进行了动力分析.比较了不同水位对拱坝自振特性的影响,采用时程分析法计算了双曲砌石拱坝在地震作用下的动应力、动位移及加速度,结果表明:坝水耦合作用提高了坝的整体质量,降低了自振频率;动应力、动位移及加速度的最大值均出现在拱冠顶部,而且当拱坝系统受3个方向地震波共同击振作用时坝体反应最为强烈.     

拱坝—可压缩库水—地基地震波动反应分析方法

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.     

基于黏弹性人工边界的拱坝动力响应分析

无限地基的辐射阻尼是影响拱坝地震反应的一个重要因素,无限边界的处理方法很多,其中黏弹性人工边界具有较高的计算精度和计算效率、较好的稳定性,同时程序容易实现。基于黏弹性人工边界的基本原理,以Ansys为计算平台,采用声学流体单元fluid30模拟库水,在坝基截断边界添加弹簧-阻尼单元以考虑无限地基的辐射阻尼影响;并以锦屏一级高拱坝在El Centro地震波作用下的动力响应分析为例,对不考虑坝基辐射阻尼与采用黏弹性人工边界两种计算方法的计算结果进行比较。结果表明,采用黏弹性人工边界条件后的动力响应(动水压力、位移、主应力)均有所降低,坝顶拱冠处的应力分布更为合理,动力响应时程滞后;验证了该边界条件的吸能效果。该方法计算效率高、稳定性好,克服了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。     

小湾拱坝在不同概率水平地震作用下的抗震安全性研究

本文采用非线性地震波动分析方法，将坝体、地基、库水的强震反应作为满足体系中接触面边界约束条件的波传播问题求解，以坝体位移反应发生突变作为拱坝体系整体失稳判断准则，依据设计概率水平及实际可信超设计概率水平确定的地震动，对小湾拱坝的地震响应进行数值计算分析，给出其在不同水平地震作用下的抗震超载安全度。分析结果表明，该拱坝在实际可能发生的最大地震作用下，尚有1.3倍的超载裕度，其抗震安全性能满足设计要求。     

考虑坝体柔性的重力坝坝面地震动水压力计算

为了准确模拟地震作用下重力坝坝面动水压力,采用比例边界有限元与有限元的无缝耦合理论,提出了一种考虑坝体和库底柔性的坝面动水压力计算方法。该方法采用比例边界有限元的理论,可仅离散坝水交界面实现半无限库水的高效高精度模拟,且能方便考虑库水的可压缩性以及库底和岸坡的吸收作用;采用有限元离散坝体结构,通过作用在大坝迎水面上的动水压力实现对大坝-库水系统的求解。算例计算结果表明,该方法计算得到的重力坝坝面动水压力与已有文献计算结果吻合较好;坝体柔性削弱了坝面动水压力;坝面动水压力随库底反射系数的减小而减小。     

强震作用下特高拱坝非线性地震反应分析

研究采用等效一致黏弹性边界单元模拟拱坝无限地基辐射阻尼效应,给出了人工边界节点上等效地震荷载的计算公式,实现了拱坝-地基系统的地震动输入。以我国某特高拱坝为例,建立了拱坝-地基三维有限元分析模型,精细模拟了坝体体型、横缝、河谷形状、各类岩体以及主要地质构造。采用时程分析方法,综合考虑无限地基辐射阻尼效应、拱坝-库水动力相互作用、拱坝横缝动力接触非线性效应等因素,分析了拱坝-地基系统在强震作用下的动力响应,对拱坝抗震安全性进行了评价。研究成果为高拱坝设计提供了参考。     

ANSYS黏弹性边界在拱坝抗震分析中的应用

坝体-库水相互作用、地基辐射阻尼效应和地震波动输入方式是影响坝体地震响应的重要因素。基于大型非线性有限元程序ANSYS,利用APDL语言编写了施加动水压力、三维黏弹性边界和外源波动输入子程序。最后将该程序应用到某拱坝的地震响应分析中,并将ANSYS中的多线性等向强化模型与线弹性模型计算的结果进行了对比。结果表明:黏弹性人工边界考虑了地震波的远域能量逸散,其计算结果更加合理;考虑了材料非线性后,坝体单元应力有所减小,节点位移有所增大,更符合坝体实际的地震响应。     

高拱坝抗震理论分析进展

从高拱坝的抗震设防标准及动力稳定安全判定准则出发，对现有的高拱坝计算方法，如刚体极限平衡方法、刚体极限平衡与有限元结合方法、非连续变形分析（DDA）法、数值流形方法、界面元法、有限元-边界元-无限边界元耦合方法、随机有限元、人工透射边界和显式有限元法、并行算法，以及模型试验等进行了归纳．同时，还介绍了各种方法的优缺点．     

高进水塔地震波斜波入射有限元分析

在水工结构抗震动力分析中,反应谱和时程分析都是基于地震波垂直入射来考虑地震荷载的影响,而实际地震波的传播方向往往是斜波入射。斜入射地震波会引起地面运动的非一致变化,从而对结构产生很大的影响。基于波动理论和黏弹性人工边界波动输入方法,采用有限元模拟地震波斜波入射,并比较在45°斜波入射情况下进水塔与基岩接触的上游建基面、塔背回填混凝土与塔身接触位置等关键部位的顺水流向和竖向加速度、位移、应力时程曲线,结果表明,采用黏弹性人工边界等效荷载方法可以实现地震波斜入射的输入,计算结果与理论分析结果一致。     

纵缝对重力坝地震反应影响的研究

本文采用显式有限元结合人工透谢边界进行波动分析，配合动接触力模型考虑纵缝接触非线性问题，用静动组合方法考虑静动荷载的耦合作用，形成新的重力坝地震反应分析的计算体系，对一典型的含纵缝重力坝进行了地震反应分析。在考虑地基辐射阻尼的条件下得出了纵缝的存在及纵缝初始宽度、填充情况、缝面摩擦系数等因素对坝体地震反应影响的一系列结论。     

平面SV波斜入射下重力坝动力响应分析

为了研究地震动斜入射情况对重力坝的影响,在考虑无限地基辐射阻尼效应的前提下,基于隐式有限元结合应力型黏弹性人工边界的方法,通过大型有限元软件ANSYS APDL实现地震波等效荷载的转换,并从无限地基中截取三维地基验证了地震波等效输入的正确性,建立了重力坝-库水-地基-黏弹性人工边界的有限元动力分析模型,重点研究了平面SV波斜入射对重力坝坝体地震反应的影响。结果表明:随着平面SV波斜入射角度的增大,坝体关键部位的竖直向位移呈现出逐渐增加的趋势,顺河向位移呈现出逐渐降低的趋势,其中坝顶竖直向位移最大增加幅度达到52%,最大降低幅度达到34.9%;坝体关键部位的应力对平面SV波入射角度的改变敏感程度不太一致,其中坝踵处第一主应力呈现出逐渐降低的趋势,入射角度为30°时第一主应力最小值达到2.045 27 MPa,坝趾处的第三主应力呈现出逐渐增加的趋势,入射角度为30°时第三主应力最大值达到8.228 54 MPa,在同类工程设计中应重点关注。     

槽内水深对渡槽-水体耦合结构抗震性能的影响

采用有限元数值计算方法,研究槽内水深的变化对渡槽-水体耦合结构抗震性能的影响。数值结果表明,水体的存在使得渡槽结构的振动频率降低,在地震作用下,U形渡槽中水体的晃动幅度十分显著,从而改变了槽身地震反应性态。槽内水体对渡槽结构的影响程度与输入地震波的谱特性有很大关系,当输入地震波的主频范围覆盖渡槽结构基频,且槽内水体的振动频率与渡槽结构基频相近时,槽内水体对渡槽结构可以起到类似调谐液体阻压器(TLD)的减震效应,并对槽内水体减震效应的条件进行了判别。     

水闸加固地震响应分析

利用有限元软件ＡＤＩＮＡ对加固后的某水闸进行三维有限元地震响应分析,计算加固后水闸结构的振型和自振频率及动位移和动应力,以验证水闸加固措施的合理性并对水闸加固后的整体抗震性能进行评价。     

高阻尼橡胶隔震渡槽的设计和动力性能研究

以南水北调工程为背景,运用高阻尼橡胶隔震技术,并借鉴建筑与桥梁相关规范及设计经验对某渡槽进行隔震设计.采用Housner模型建立渡槽流固耦合有限元动力模型,分析隔震渡槽的的动力特性和地震响应.结果表明:隔震后结构前三阶振型均为隔震振型;采用高阻尼橡胶支座隔震和铅芯橡胶支座隔震渡槽的结构振型一致,自振频率基本相同;地震动特性对地震响应结果影响很大,当地震波特征频率与结构基频越相近时,槽身和支座响应越大,采用隔震支座效果越明显;三向地震动输入下,隔震渡槽各部位响应峰值可供设计时参考.     

等效黏性边界单元及黏性边界波动输入方法

为更好的利用大型通用软件进行结构-地基动力相互作用分析,本文在黏性边界的基础上提出黏性边界单元的概念,通过构造相同阻尼矩阵的方式提出了能够实现黏性边界功效的特殊有限单元-等效黏性边界单元.等效黏性边界单元能够较好的模拟地基的辐射阻尼效应,使黏性边界的实现更加方便.同时,为简化大型通用软件中地震波的输入,提出了适合于黏性边界条件下水平成层地基中垂直入射地震波的输入方法.该方法不需要借助其它辅助计算就可直接在各种大型通用有限元软件中用一个数值模型实现地震波动输入,具有很强的通用性.此输入方法极大的减少了地震波动输入的数据准备工作,降低了操作的复杂程度.数值算例表明,等效黏性边界单元及文中提出的地震波动输入是简单可靠的.     

河床式水电站厂房结构流固耦合振动特性研究

鉴于厂房结构在地震作用下可能出现的严重后果,地震时动水压力对厂房结构的振动特性的影响就成为厂房结构设计的一个重要控制因素。结合某河床式水电站厂房实际工程,以有限元软件ANSYS为平台,建立三维有限元模型,分析地震动水压力对其振动特性的影响。分析结果表明:地震动水压力作用增加了坝面附加质量,从而降低了厂房的自振频率,并且对振型产生了一定的影响,尤其是进水口闸墩、尾水管闸墩等局部振型变化,因此对其作用下的厂房自振频率进行分析显得极为必要;随着上游水位的降低,厂房整体质量减小了,地震动水压力作用下的厂房自振频率随之增大,不同水位下厂房振型明显有所改变。     

钢管混凝土系杆拱桥空间建模技术及其动力特性分析

桥梁结构的动力特性是其动力性能分析的重要参数,包括自振频率、振型及阻尼比等,它反应了桥梁的刚度指标,因此它对于正确地进行桥梁的抗震设计、车振分析及抗风稳定性分析等都有着重要的意义。针对某一市政钢管混凝土系杆拱桥,建立其正确的有限元模型,使其计算结果为动力测试提供帮助,并对桥梁的可靠度进行评价。因此本文首先研究桥梁的建模技术,并对桥梁进行动力特性计算,得到其模态参数,为该桥的动力测试提供一些参考,也为该桥的检测加固提供理论数据;同时对桥梁的动力性能做出评价,这有助于对桥梁的安全诊断评估。结果显示,该桥梁的实际刚度较大,整体性能较好,具有良好的动力性能。     

基于双滑面模型的混凝土重力坝深层抗滑动力稳定分析方法

地震作用下混凝土重力坝的深层抗滑稳定是设计关心的问题。应用刚体极限平衡方法,并与有限元相结合进行重力坝深层抗滑稳定动力分析,制定了相关的计算流程:①通过黏弹性地基模型考虑地基岩体的辐射阻尼效应;②通过不同岩体中地震波速的分段处理确定入射波在不同岩体中的传播时间,从而考虑岩层的不均匀性;③应用直接计算截面内力的方法提取有限元结果中的滑动力和阻滑力,并采用规范给出的抗滑模型进行深层抗滑稳定分析;④通过敏感性分析确定了双滑面模型的2个关键参数,并比较了地基均匀性对结构变形和稳定的影响。基于上述计算流程,结合小南海重力坝工程实例,计算了地震作用下重力坝深层抗滑稳定安全系数,计算结果验证了方法的有效性,并与常规方法作了对比,其一致性较好。