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。     

脉冲效应对地下管廊地震响应的影响

考虑行波效应、地基的辐射阻尼和地震波在地基中的反射得到应用于无限单元的垂直入射等 效荷载输入方式,建立了结构地基相互作用的三维无限元－有限元耦合分析模型。选取三组脉冲地震, 并根据其反应谱合成对应的非脉冲地震,将脉冲地震和非脉冲地震作用下结构产生的动力响应作比较。 结果表明:在相同加速度峰值情况下,结构在脉冲地震作用下的动力响应大于非脉冲地震,脉冲效应会 放大地震对结构的动力反应;而从管廊的应力及损伤因子结果看,管廊顶部容易发生塑性屈服,为抗震 薄弱环节。因此在进行管廊结构设计时应考虑脉冲效应的影响,且应重点关注廊道顶部位置。     

基于时程分析法的进水塔连系梁结构动力响应

针对高耸进水塔连系梁结构在动力荷载作用下容易发生破坏的问题,采用时程分析法,计算进水塔结构在地震荷载下的动力响应,对比研究横梁与纵梁截面形式与截面尺寸对进水塔关键部位的应力和位移的影响。结果表明：增大横梁整体截面尺寸,不仅可以减小横梁的轴向拉应力,而且可以限制拦污栅墩的位移;增大横梁端部截面尺寸的效果与增大横梁整体截面尺寸的相似,且混凝土用量有一定程度减少;增大纵梁整体截面尺寸会使其轴向拉应力增大,与胸墙连接部位的最大主应力也有所增大,将对结构产生不利影响;增大纵梁端部截面尺寸可减小纵梁自身的轴向拉应力,对进水塔结构的安全有利。     

地震模拟振动台的数字仿真及其在龙江拱坝上的应用

通过对地震模拟振动台工作原理的模仿,用计算机技术实现了对地震模拟振动台的数字仿真。在这一“仿真模型”中,黏弹性边界被用来吸收外传的散射波,因此,计入了无限地基辐射阻尼的影响。利用该“仿真模型”计算了龙江拱坝的地震反应,计算结果表明:考虑无限地基辐射阻尼的影响,龙江拱坝的动拱梁应力与无质量地基模型比较均有较大幅度的降低,最大降幅约在40%~50%范围内,且导致正常蓄水位和死水位条件下,大坝静动综合的最大主拉、主压应力明显降低。     

重力坝─库水─地基动力相互作用对坝体的影响

用动力有限元方法研究了在刚性地基、弹性地基,空库、满库情况下三峡重力坝动力特性及地震动力反应。结果表明,考虑坝-库水-地基相互作用,坝体自振频率降低了３２％,坝体地震动应力大小及分布均发生了明显变化。因此,正确的确定重力坝的地震反应,必须考虑坝-库水-地基的相互作用     

高耸进水塔拦污栅墩连系梁结构体系的抗震分析

针对高耸进水塔拦污栅墩连系梁结构在地震作用下容易产生较大的拉应力的现象,采用ANSYS有限元分析理论,建立进水塔有限元模型,选用反应谱法计算进水塔结构在地震作用下的动力响应。通过设计3种方案,对比研究拦污栅墩连系梁结构存在的必要性以及横梁(垂直水流向)、纵梁(顺水流向)尺寸大小对进水塔关键部位的应力和形变的影响。结果表明:高耸进水塔结构,增大横梁尺寸可减小自身轴向拉应力、并限制拦污栅墩位移。而增大纵梁尺寸则会对局部结构产生不利影响,因此适当增加横梁尺寸,减小纵梁尺寸可有效降低成本,提高结构安全度。该研究可为结构相似的进水塔拦污栅墩的连系梁尺寸调整提供参考。     

沙牌水电站进水塔震损模拟分析

以沙牌水电站进水塔为例,研究了进水塔塔身以及上部排架在地震过程中的动力响应和震损机理。采用动力时程分析法计算进水塔在汶川地震作用下的加速度、位移和应力响应,并通过塔顶排架立柱极限承载力验算分析排架立柱震损破坏的原因。计算结果表明:进水塔动态分布系数大于规范建议值,刚度较小的主轴方向地震响应较大,立柱两端出现明显的应力集中。进水塔启闭机排架的震损是地震作用下压(拉)弯剪共同作用导致的,且立柱根部发生破坏,与实际资料吻合。     

地基辐射阻尼对高拱坝非线性地震反应的影响

本文建立了一种拱坝-地基-库水系统地震反应分析的非线性有限元模型,可以同时考虑无限地基的辐射阻尼、坝体混凝土损伤开裂非线性和坝体横缝非线性等影响高拱坝地震反应的关键因素。利用所建立的有限元模型,以我国拟建的大岗山高拱坝为例,分析研究了地基辐射阻尼对坝体混凝土损伤开裂和坝体横缝开度的影响。结果表明,地基辐射阻尼可以明显减小强地震荷载作用下,坝体中上部的损伤开裂程度和坝体横缝的最大张开度,并改变其分布规律。     

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。     

泸定水电站岸塔式进水塔结构动力响应分析

根据泸定水电站岸塔式进水塔的结构特点,建立了进水塔结构—水体—地基的三维动力有限元附加质量模型。分析了进水塔结构在施工完建期空库工况和正常蓄水位工况下分别与水平向、三向地震作用叠加的动力特性,确定了可能引起结构破坏的最不利位置。计算结果表明,水平向地震作用对结构应力应变影响较大,竖向地震作用的影响较小。     

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。     

白鹤滩水电站升船机塔柱结构抗震性能分析

采用ABAQUS有限元软件建立了白鹤滩水电站升船机塔柱结构有限元模型,研究塔柱结构在地震荷载作用下的位移、加速度和应力响应。计算结果表明：在单独水平地震作用以及水平、竖向地震共同作用下,塔柱顶部的水平位移最大值分别为30.59 cm和31.84 cm,均小于水平位移限值,满足规范要求。为研究塔柱结构的P-Δ效应影响,对水平和竖向地震作用下的塔柱结构进行考虑非线性的动力时程分析。结果表明：考虑P-Δ效应后,结构的动力响应总体呈现放大效果,位移最大值、加速度最大值和应力最大值增幅在10%左右,说明P-Δ效应会在一定程度上削弱结构的抗震性能,因此在此类高耸结构的抗震性能研究中,P-Δ效应的影响不可忽略。     

深圳公明供水调蓄工程进水塔抗震分析

采用三维振型分解反应谱法分析深圳公明供水调蓄工程进水塔结构的自振特性,研究了正常蓄水位下分别遭遇顺水流向和垂直于水流向地震时进水塔的地震加速度、动位移和动应力响应,并验证进水塔的抗震稳定性。验证结果表明进水塔的变形和强度满足设计要求。为提高进水塔桩基础的水平承载力,建议在垂直于水流方向增加6根桩。     

小浪底水利枢纽进水塔群抗震设计

对进水塔型及抗震布置进行了优化。按远震，近震和水库诱发地震，对三类塔型进行了拟静力法及考虑基础变形的拟静力法抗倾覆稳定分析，非线性稳定分析，反应谱法有限元动力分析，并进行了孔板塔抗震动力模型试验，分析了塔体抗倾覆及抗滑动力稳定性，塔体动力特性，加速度反应。动水压力反应，动位移反应和动应力反应。试验和动分析结果基本上得到相互验证，计算结果稍偏于安全。计算和试验结果表明，在设计地震作用下，塔体的抗倾覆     

塔侧混凝土回填高度对长拦污栅墩进水塔的动力影响分析

为了研究侧面混凝土回填高度对长拦污栅墩进水塔结构动力响应的影响规律,提高拦污栅框架结构的抗震性能,针对高耸进水塔结构建立不同塔侧回填高度的三维有限元模型进行动力计算,系统分析了侧面混凝土回填高度对进水塔自振特性、位移和应力的影响规律。结果表明：过高的塔侧回填会导致拦污栅墩部分连系梁的压应力超出混凝土抗压强度而发生断裂;无塔侧回填则会造成塔体横河向位移较大,同时连系梁的拉应力均比较大;合理的塔侧回填高度能够有效降低长拦污栅框架结构的应力,限制进水塔横河向位移,并且提高结构整体抗震性能。提出了长拦污栅墩进水塔侧面回填高度的合理范围,可供类似工程借鉴。     

近海风电筒型基础风机结构地震 动力响应分析

为研究近海风电筒型基础风机结构的地震动力响应,基于ABAQUS软件的UMAT平台嵌入了能够反映土体非线性与滞后性的等效线性动本构模型,考虑土—结构相互作用（soil-structure interaction, SSI）,针对国内某近海风力发电系统构建“桨叶—塔架—筒型基础—土体”的有限元—无限元耦合分析模型,在静力分析的基础上采用时域分析法对其进行动力响应分析。研究表明,SSI效应会降低结构的自振频率;在地震动作用下,该风机高塔结构水平向加速度响应在塔架2/3高度附近处最大,竖向加速度响应则沿塔架高程一直增大,且其放大效应强于水平向。     

五道水库泄洪洞进水塔振动研究

五道水库泄洪洞高水位运行时,进水塔出现剧烈振动。为探明振动原因,为除险加固提供依据。进行了泄洪洞1：20水工模型试验,研究工作闸门不同开度时泄洪洞边壁及闸门水流的脉动压力特性,通过有限元动力分析,研究进水塔的自振特性,预测进水塔的振动响应。研究表明．进水塔的低阶自振频率没有完全脱离动水激励的高能区域,可能产生较大流激振动;0．4以上大开度运行时进水塔的振动响应较大,设计水位最大加速度出现在塔底．约0．34g．与原型观测预潮结果一致．     

粘弹性人工边界地震动输入方法及实现

进行结构-地基动力相互作用分析时必须考虑无限地基辐射阻尼效应，粘弹性人工边界方法由于其优越性而得到广泛应用，但对于外源地震作用下结构-地基体系的动力响应分析，还需要确定相应于粘弹性边界的地震动输入，目前一般转化为人工边界节点上的等效节点力处理，为此需要求解自由场位移、速度和应力，比较繁琐。本文首先对目前实现粘弹性边界的常用方法进行了总结。其次，对相应于粘弹性边界的地震动输入公式进行了详细的推导，使得自由场应力的求解也转化为自由场速度的求解，简化了地震输入公式，并给出了地震动输入的简便实现方法。然后，基于ABAQUS软件，进行算例分析并和理论解进行了对比，验证了各种粘弹性边界实现方式及本文地震动输入方法的合理性和正确性。最后，对大朝山重力坝典型挡水坝段进行地震响应分析，通过施加粘弹性边界并输入相应地震动，评价了无限地基辐射阻尼的影响。与无质量地基模型进行比较，结果表明坝体地震响应明显降低，故在实际工程抗震分析时对其影响应予以适当考虑。