基于响应面法的拱坝结构可靠度研究

针对拱坝构造复杂,基岩和筑坝材料具有非线性特性,可靠度分析十分困难的问题,将可靠度计算的响应面法与拱坝应力分析的有限元法相结合分析坝体的可靠度,即:坝体应力与变形的计算采用三维非线性有限元法,可靠度计算采用二次响应面法.以福建省永泰县大洋水电站拱坝为例,分析了该拱坝上游面和下游面的可靠度,得出了可靠指标的变化规律.与其...     

基于向量地震动强度指标的拱坝地震易损性分析

将地震动顺河向分量的一、二阶谱加速度以及地震动横河向、顺河向分量的一阶谱加速度分别作为反映地震动强度的向量指标,建立了以拱冠位移、横缝开度和损伤体积比为性能指标的拱坝地震易损性曲面,以预测拱坝在不同强度水平的地震作用下达到各级破损的概率。以白鹤滩拱坝为研究对象,考虑地震动以及材料的不确定性对拱坝进行增量动力分析,将分析结果取对数后进行二元线性回归,得到概率地震需求模型,然后建立了不同性能指标的拱坝地震易损性曲面,并对基于向量地震动强度指标和基于标量地震动强度指标进行拱坝地震易损性分析的效率进行了比较。研究结果表明:基于向量IM的易损性分析能够显著降低拱坝地震需求预测的离散性,同时基于向量IM比标量IM更加高效,采用基于向量IM的地震易损性曲面对拱坝进行易损性分析能更加准确地评估拱坝的抗震性能。     

二滩拱坝地震响应的动力模型试验研究

二滩双曲拱坝的动力模型试验在大型模拟地震振动台上进行。研究了在实际地震波作用下,坝体、水库和地基的相互作用影响,坝体抗震安全度,动水压力分布和拱坝在强烈地震下的破坏机理。研究结果表明:1.高拱坝的最大动应力是拱应力,位于上游坝顶中间部位。下游坝顶中间部位和2/3坝高部位以及坝踵是抗震薄弱部位。2.紧靠拱坝上游面的山体形状对坝面动水压力值的影响较大,故对于坝前地形复杂的水库,应模拟一倍坝高长的自然地形。3.满库时,拱坝前几阶固有频率对库水位的微小变化非常敏感。4.拱坝在强烈地震下的破坏在瞬间完成,主要是中上部的脆性开裂。     

带横缝拱坝的非线性地震响应

本文运用非线性有限元方法研究了具有横向建筑缝的拱坝在地震作用下的响应，模拟了横向建筑缝的连续，张开，闭合，相对滑移等多种受力状态，并给出了算例。     

基于位移的高桩码头地震易损性分析

鉴于目前高桩码头的地震易损性分析很少将码头的总位移作为性能指标,分别根据云图法和条带法建立了基于位移的码头地震易损性分析方法。该方法考虑地震动的不确定性,并基于桩身材料应变限值定义了码头的破坏状态。为了说明这种分析方法,采用80条地震动记录对一高桩码头案例分别进行了云图法和条带法分析,比较了两种方法建立的易损性曲线的差别,分析了位移能力不确定性对易损性曲线的影响。结果表明,由云图法和条带法建立的码头易损性曲线之间的差别较小,可以忽略,但考虑到云图法的计算量较小,建议在码头易损性分析中采用云图法;位移能力不确定性对于易损性曲线的影响较大,分析中不可忽略,应予以考虑。     

基于随机响应面法的岩质边坡稳定可靠度分析

为客观描述岩质边坡中广泛存在的参数不确定性问题,同时解决传统的可靠度分析方法存在的不足,本文提出了基于随机响应面方法的岩质边坡稳定可靠度计算框架,并以一个典型的岩质边坡工程算例验证了本文方法的有效性。计算结果表明：2阶、3阶和4阶随机响应面法都能够较为有效计算岩质边坡结构稳定问题,计算结果与100万次蒙特卡洛方法的CDF曲线基本一致。此外,参数敏感性分析表明黏聚力c和内摩擦角φ变异系数的变化对失效概率的影响呈现正相关关系,单宽拉裂面面积z变异系数的变化对失效概率的影响呈现负相关关系。     

基于坝肩失稳破坏模式的高拱坝地基体系地震易损性分析

为了开展高拱坝-地基体系整体稳定地震易损性分析,从坝肩潜在滑块滑动失稳破坏模式出发,综合考虑了地震动和材料参数的不确定性,采用增量动力分析方法（Incremental Dynamic Analysis,IDA）,开展了基于概率统计框架的1000次非线性动力响应分析。分别采用特征点残余滑动位移和滑动面积比作为评价结构响应的性能指标,以地震动峰值加速度（peak ground acceleration,PGA）为地震动强度指标,定量的划分了高拱坝-地基体系的不同性能水平,绘制了地震易损性曲线,并对不同极限状态下的地震易损性进行了评估和分析。结果表明,基于特征点残余滑动位移的IDA曲线可以将高拱坝-地基体系分别划分为局部滑动破坏和整体滑动失稳破坏两个破坏等级;基于滑动面积比的IDA曲线可以划分为轻微滑动破坏、中等滑动破坏和整体滑动失稳破坏三个破坏等级;从而根据高拱坝-地基体系的实际地震需求从概率意义上评判结构所处的破坏状态,为高拱坝的抗震优化设计、加固和维修决策提供科学依据。     

基于随机响应面法的动态仿真不确定性分析

为分析负荷模型、故障时间长短等关键参数变动对电力系统动态稳定的影响，将一种新方法———随机响应面法应用于电力系统动态仿真的不确定性分析中。随机响应面法能够建立响应与输入参数之间的多项式表达关系，仅需少量仿真便可快速估计出响应的统计信息，克服了传统不确定性分析方法的仿真次数多、时间长等缺点。IEEE 9节点系统的算例分析证实了随机响应面法的有效性和实用性。IEEE 39节点系统的仿真结果表明，关键参数的变动可引起较大的响应不确定度，尤其是负荷模型结构的不同对系统的动态行为和动态稳定有着重要影响，可直接关系到系统的安全稳定运行。     

基于设定地震反应谱的特高拱坝地震响应分析

用动力法计算地震作用效应时,设计反应谱是地震动的重要参数.新版GB 51247—2018《水工建筑物抗震设计标准》提出对需进行专门地震安全性评价的抗震设防类别为甲类的工程要求采用设定地震场地相关反应谱进行抗震分析,同时原水利部颁布的SL 203—1997《水工建筑物抗震设计规范》还未被废除.为研究设定地震反应谱与两本抗...     

高拱坝地震响应时程分析

采用有限元结合三维粘弹性局部人工边界的动接触地震波动模拟方法建立拱坝一地基一库水的有限元计算模型,研究库水对结构振动频率和振型的影响.并借助APDL语言实现粘弹性人工边界、动水压力及地震波的自动输入模块.对拱坝-地基-库水联合作用下的结构进行抗震计算时程分析.计算结果为优化坝体结构的动力特性和抗震设计提供参考.     

小湾拱坝模拟实际横缝间距的非线性地震反应分析

本文采用Fenves接触单元模型对小湾拱坝在地震作用下的横缝非线性特性进行了细致深入的研究，内容包括有限元网格收敛性、横缝模拟间距和模拟条数收敛性、横缝灌浆强度的影响、不同水位的影响等，文章首次采用实际横缝间距和最多达到25条的横缝模拟条数对小湾拱坝进行非线性地震分析，揭示出了许多重要工程规律。Fenves关于“拱坝横缝非线性分析中只模拟3条横缝就足够了”的研究结论，对于应力分析结果尚可成立，但要得到符合实际的横缝张开度，必须在拱坝关键部位以真实间距模拟横缝，并保证一定的模拟条数。此外，不同库水位对非线性响应影响显著，应予以考虑。     

关于强震下拱坝损伤整体判别指标的初步探讨

地震动的强烈不确定性使得高拱坝在满足设计地震烈度要求的前提下必须深入研究超载地震动作用下的抗震裕度。本文通过对考虑横缝的高拱坝在不同强度地震动下的响应进行了分析，并根据计算结果，得到大坝在逐级增强的地震动作用下，拱冠顺河向位移和输入加速度呈现出分段变化的规律。相比于搜索拱坝结构在强震作用下具有较强随机性的失效路径而言更有可操作性，在如何解决超静定拱坝在强震下的整体抗震性能评价指标方面提出了有益的参考。     

基于MSA法的高心墙堆石坝地震沉降易损性分析

多条带分析法(MSA)是新近提出的一种针对离散强度因子的易损性分析方法,为结构安全评估提供了有效路径,但目前在土石坝工程领域应用较少。本文针对高心墙堆石坝,选取坝顶震陷率为性能指标,建议了轻度、中度和重度破坏三个等级;考虑地震动的随机性,采用MSA法开展了易损性研究,得到了不同破坏等级的易损性曲线和概率,为大坝的强震性能评价提供准则和参考;不同条带数量下地震易损性分析结果表明,适当减少水平条带数量,对易损性结果影响不大,这有利于计算工况的减少。     

拱坝河谷三维地震动分析

应用半无限相似单元模拟远场，通过动量守恒定理确定辐射阻尼，建立了有限元离散近场的三维波动计算模型。采用中心差分法，可形成显式积分格式，整个近场域具有相同的精度与稳定性。对于规则半无限域数值计算结果与理论值符合很好，说明本文模型是有效的。最后，将此应用于半圆形及不规则拱坝河谷，计算结果表明地形影响显著，特别是薄弱山体地震动放大现象严重。     

基于ANSYS的拱坝动力及可靠度分析

为研究拱坝在地震荷载作用下可靠度指标的变化规律,基于ANSYS对某一拱坝实例进行模态分析和抗震动力分析后,使用二次响应面法计算拱坝在地震荷载作用下第90个计算步的各点可靠度指标,分析得到在地震荷载作用下坝肩处作为抗拉薄弱部分更应重视,拱坝上游坝面中部的可靠度指标变化规律复杂而非单纯降低。为拱坝动力设计及加固措施提供了理论支持。     

General displacement arch-cantilever element method for stress analysis of arch dam

Based on the general displacement method and the basic hypothesis of the trial load method, a new advanced trial load method, the general displacement arch-cantilever element method, was proposed to derive the transformation relation of displacements and loads between the surface nodes and middle plane nodes. This method considers the nodes on upstream and downstream surfaces of the arch dam to be exit nodes (master nodes), and the middle plane nodes to be slave nodes. According to the derived displacement and load transformation matrices, the equilibrium equation treating the displacement of middle plane nodes as a basic unknown variable is transformed into one that treats the displacement of upstream and downstream nodes as a basic unknown variable. Because the surface nodes have only three degrees of freedom (DOF), this method can be directly coupled with the finite element method (FEM), which is used for foundation simulation to analyze the stress of the arch dam with consideration of dam-foundation interaction. Moreover, using the FEM, the nodal load of the arch dam can be easily obtained. Case studies of a typical cylindrical arch dam and the Wudongde arch dam demonstrate the robustness and feasibility of the proposed method.     

地基辐射阻尼和库水对拱坝非线性地震响应的影响

针对拱坝坝体—地基—水库系统的动力计算分析，采用考虑无限地基辐射阻尼、坝体横缝非线性和自由场输入的模型程序，以溪洛渡拱坝为工程实例，对不同库水位下，考虑或不考虑地基辐射阻尼的工况进行了系列的计算对比研究。研究结果显示，低水位是横缝开度控制工况，高水位是坝体应力控制工况；对所有水位，地基辐射阻尼都带来坝体地震响应的全面降低，但不影响反应的总体规律。