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。     

基于黏弹性边界的拱坝地震反应分析方法

无限地基的能量辐射效应是影响拱坝地震反应的一个重要因素。本文提出将一种新的黏弹性人工边界结合显式有限元的时域波动求解方法用于拱坝—地基系统的地震反应分析,地震动输入通过分别将底边界入射位移时程和侧边界自由场时程对应的解析应力时程作为边界荷载实现。该方法具有较高的计算精度,且不存在高、低频计算失稳问题。文中以小湾拱坝地震反应分析为例,比较了透射边界、黏弹性边界两种计算方法的计算结果,论证了本文建议方法的有效性。     

基于黏弹性人工边界的高拱坝气幕隔震效果研究

基于气-液-固三相耦合理论模型，采用动力有限元时程分析的数值仿真方法，对锦屏一级拱坝进行了气幕隔震效果的三维数值模拟。引入了黏弹性人工边界的基本原理，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。数值仿真结果表明：气幕显著降低了上游坝面的动水压力，气幕厚度越大，隔震效果越好。与无气幕时相比，气幕厚度为1m、2m、3m时，动水压力分别降低了58.2%、71.5%、81.9%，位移及应力反应也相应降低。     

拱坝地震输入模型中黏弹性边界与黏性边界的比较

本文首先介绍了动力分析中无限地基数值模拟采用的各种方法,包括无穷元方法、边界元方法、无穷边界元方法。无限边界处理有叠加边界、黏性边界、黏弹性边界和人工透射边界。介绍了拱坝地震自由场输入模型。通过算例和实际工程计算,验证了黏性边界和黏弹性边界均有较好的吸能效果,且两种边界条件下,所得计算结果几乎一致。黏性边界或黏弹性边界均可作为拱坝地震自由场输入模型中的吸能边界。     

基于黏弹性人工边界的高拱坝气幕隔震效果

摘要：基于气-液-固三相耦合理论模型,采用动力有限元时程分析的数值仿真方法,对锦屏一级拱坝进行了气幕 隔震效果的三维数值模拟。引入黏弹性人工边界的基本原理,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。数值仿真结果表明：气幕显著降低了上游坝面的动水压力,气幕厚度越大,隔震效果越好。 与无气幕时相比,气幕厚度为1、2和3m时,动水压力分别降低了58.2%、71.5%和81.9%,位移及应力反应也相 应降低。     

基于ABAQUS 的黏弹性人工边界在重力坝分析中的应用

无限地基的辐射阻尼效应是影响坝体地震反应的重要因素。本文采用黏弹性边界并在非线性有限元软件ABAQUS软件上成功实施,经与理论解的结果对比,具有较高的求解精度。文中以典型的Koyna重力坝地震反应分析为例,比较了黏弹性边界与传统的固定边界无质量地基的计算结果,特别是利用混凝土损伤模型对Koyna重力坝遭遇强震时震害现象进行了初步分析,得到了大坝下游折坡处与实际遭受的地震破坏现象和破坏程度基本一致的结果。     

基于OpenSees的二维黏弹性边界单元开发及应用

基于有限元开源软件OpenSees开发了二维黏弹性边界单元VS2D2Bar,采用数值算例验证了该二维黏弹性边界单元在程序实现上的正确性,并将其应用于重力坝地震响应分析。重力坝算例分析结果表明:与固定边界无质量地基模型相比,采用黏弹性边界单元分析得到的坝体动力响应峰值大幅度减小,在重力坝的地震响应分析中必须考虑无限地基辐射阻尼效应的影响;OpenSees适用于重力坝地震响应分析,编程开发和调试工作量较小,易于在复杂水工结构的静动力分析研究中推广应用。     

基于三维黏弹性边界的混凝土重力坝抗震性能分析

为进一步推动三维黏弹性人工边界在坝工抗震领域的研究和应用,更为方便地实现边界设置和波动输入方法与大型商业软件相结合,基于黏弹性边界基本理论及ANSYS有限元软件中的弹簧—阻尼单元,编制了三维黏弹性人工边界程序,该程序可有效求出边界结点的等效荷载,从而可以实现黏弹性边界单元的波动输入。然后,通过数值算例验证得出地表位移最大值接近入射波幅值的2倍,说明该程序的计算结果具有较高的精度。最后,将黏弹性边界单元及地震波入射方法应用到巴基斯坦玛尔水电站典型溢流坝段的抗震分析中,计算结果显示,在设计地震作用下坝体的动力响应峰值较固定边界下可减小20%~40%,说明考虑无限地基阻尼影响是很有必要的。     

二维黏弹性人工边界单元及地震波输入在ANSYS中的实现

介于ＡＮＳＹＳ单元库中对二维黏弹性人工边界单元的缺失,为了实现将用户自定义二次开发单元二维黏弹性边界单元成功地嵌入到ＡＮＳＹＳ中,以实现对ＡＮＳＹＳ功能的扩充。以二维黏弹性人工边界相关理论和地震动输入方法的有关理论为基础,建立了既具有黏弹性人工边界特性,同时可以将地震动转化为施加在人工边界上等效荷载的二维黏弹性人工边界,进而以大型通用商用有限元软件ＡＮＳＹＳ为平台,采用ＦＯＲＴＲＡＮ语言开发了用户单元子程序ＶＳＢ＿ＵＥＬｆ,借助于ＡＮＳＹＳ中最核心的二次开发工具ＵＰＦｓ的功能特性,实现了该单元子程序在ＡＮＳＹＳ中的实现。最后通过典型算例对上述用户自定义二次开发单元的准确性与可靠性进行了验证。     

杨房沟拱坝的动力响应分析

强震区的杨房沟拱坝的抗震安全问题为众多研究者所关注。本文用拉格朗日不连续变形分析（LDDA）模拟拱坝横缝,采用黏弹性边界作为吸能边界来模拟无限地基辐射阻尼,建立了拱坝地震自由场输入模型,进行了杨房沟拱坝动力响应分析,对辐射阻尼和拱坝横缝对坝体应力的影响、拱坝横缝在地震作用下的张开情况以及坝体静动综合应力进行了分析,得出了如下结论,考虑坝体横缝张开和地基辐射阻尼效应影响后,杨房沟拱坝的地震动力响应明显降低,大坝横缝张开度最大为6mm,在横缝止水可允许的变形范围之内,在进一步优化大坝体型基础上,杨房沟拱坝在设计地震作用下的抗震安全是可以保证的。     

ANSYS程序在拱坝抗滑稳定分析中的应用

该文应用ANSYS程序,采用接触单元模拟断层和软弱夹层,对某拱坝进行了三维有限元抗滑稳定计算,分析表明,该拱坝因受断层和软弱夹层的影响变得极不稳定,尤其是左岸抗滑能力很弱,基于此,提出了上游修建挡水墙、拱端处以1∶1.5坡度的斜拱和下游修建剪力墙并适当布设锚筋的加固建议,为实际工程设计提供了可靠的依据。     

考虑库水可压缩性的拱坝动力响应分析

为探讨库水可压缩性在动力响应中的影响,以五嘎冲拱坝为例,采用三维有限元分析方法,进行地震动力时程分析,并将附加质量模型运算结果与其进行对比。计算结果表明,附加质量模型未考虑库水的可压缩性,降低了坝体的自振频率,夸大了动水压力的作用,对横河向和竖直向位移影响较小,增大了坝体顺河向位移;对拱向应力影响较小,但增大了坝体竖直向应力。     

基于ANSYS/APDL的面板堆石坝地震响应分析

在大型通用有限元软件ANSYS提供的数值平台基础上,用APDL语言编制了基于粘弹性模型的面板堆石坝地震响应等价线性法程序,将其应用于老挝某面板堆石坝的地震响应分析中。结果表明,在充分利用ANSYS已具备的线弹性材料动力分析功能的基础上,通过二次开发实现基于粘弹性模型的等价线性法,可为面板堆石坝地震响应分析提供有效分析途径。     

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。     

粘弹性人工边界理论及其在重力坝模态分析中的运用

研究了在结构—地基动力相互作用问题中,人工边界理论的发展过程,重点分析粘弹性人工边界的理论价值和可行性。通过使用有限元分析软件ANSYS,设置combin14单元的参数属性,实现了对粘弹性人工边界的模拟并验证其性能的准确性。对重力坝在考虑结构—地基相互作用的情况下进行了模态分析,并和不考虑相互作用、假定地基为刚性条件下的情况进行比较。     

锦屏一级高拱坝横缝非线性地震反应分析

介绍了锦屏一级抛物线双曲拱坝的横缝抗震计算结果,重点介绍了横缝数的选择及横缝数对拱坝应力、位移的影响。分析表明,在高拱坝的地震反应中,应计入横缝开合的影响。     

考虑可压缩库水作用混凝土拱坝的动力特性和地震反应分析

利用通用有限元软件ANSYS建立3种动力相互作用模型,研究考虑库水的可压缩和不可压缩效应对坝体地震反应的影响,不可压缩性效应采用Westergaard附加质量方法模拟,可压缩性效应通过流固耦合方法模拟,采用时程分析法得出库水对地震反应的影响.从分析结果可知,库水对拱坝的动力性能和抗震性能存在较大影响,不能忽略.     

碾压混凝土重力坝抗震性能的ANSYS分析

对某碾压混凝土重力坝二维模型进行了有限元分析,静力情况下,计算了大坝3种不同运用状态下的应力——应变情况;地震情况下,采用响应谱方法计算了正常蓄水位下最大地震动位移和最大扭曲,且均出现在坝顶。     

FLAC3D在土石坝地震反应分析中的应用

利用FLAC3D动力弹塑性模型对土石坝进行了地震反应分析,着重讨论了FLAC3D进行土石坝地震反应分析时的地震波滤波和基线校正、动力边界条件设置、瑞利阻尼参数确定等关键问题,并用FISH语言实现了坝体初始剪切模量和体积模量随平均主应力的非线性变化。分析结果表明,在地震荷载作用下,该土石坝发生了22.3 cm的竖向永久变形,坝顶加速度放大了2.9倍。