近海风机基础-塔架结构体系振动监测与动力响应分析

我国东部近海区域目前建设的风电场基本均采用桩基结构,桩基一塔架结构体系是典型的细长高耸结构,在复杂海洋环境载荷作用下具有明显的动力性质、随机性质和非线性性质。本文结合江苏响水近海试验风机长期的桩基础一塔架结构体系振动监测数据,分析了结构体系振动与风、浪等环境荷载的相关性,结果表明：振动加速度与风速均方差存在明显的相关关系,塔架顶部的振动加速度随均方差的增大而增加;建立模型进行了动力有限元计算分析,计算结果较好反映了响水近海试验风机不同工况的动力响应。研究成果具有一定的工程应用价值,可为海上风机基础设计提供参考。     

决策级信息融合在拱坝结构损伤诊断中的应用

针对拱坝结构损伤诊断中测试信息不完备及诊断精度问题,引入D-S证据推理信息融合技术对基于统计模式的多损伤识别诊断结果进行有效融合。在环境激励荷载作用下,采集拱坝结构在健康和损伤两类工况下的动力响应数据,并对数据样本分段建立ARMA模型,对模型中的AR参数进行特征提取,获得主成分矩阵。利用拱坝损伤前后的前两阶主成分,作均值控制图并计算两状态间的马氏距离作为双诊断指标。将双诊断指标的判别结果分别概率化,计算其合成Mass函数,进而求出损伤以及非损伤的信度区间,从而进行拱坝损伤诊断。该方法在拉西瓦拱坝损伤仿真试验的应用表明,D-S证据推理融合后的测点损伤图有效改善了单一损伤判别指标的诊断效果。     

两河口高土石坝动力特性振动台模型试验研究

土石坝坝体自身的动力特性,是土石坝在地震动作用下动力响应性状的重要影响因素。本文通过大型振动台模型试验,研究了两河口高土石坝缩尺模型坝的动力特性及其相关影响规律,并根据相似率,用模型坝的动力特性参数推算出原型高土石坝的相应动力特性参数。试验研究表明：在特定的地震动作用下,大坝结构的振型基本稳定;坝体的自振频率、阻尼比和振型系数等动力特性参数受振动强度、振动历史和水库是否蓄水等因素影响。     

基于多轴等效应变动力损伤模型的混凝土坝工作性态分析

基于混凝土典型单轴动力应力应变曲线,考虑强度和弹性模量的应变率效应,建立了一种单轴动力损伤模型,通过与单轴拉、压试验结果对比验证其有效性。在此基础上结合等效应力、等效应变、等效应变率,提出了一种多轴等效应变动力损伤模型,并将该损伤模型应用于混凝土剪切试验、典型混凝土重力坝、拱坝的数值分析,得到地震荷载下结构损伤和应力响应,评价了结构动力性能及安全性,为混凝土坝动力安全分析提供了一条有效途径。     

深覆盖层上高堆石坝振动台试验与动力数值分析验证研究

通过深覆盖层上高堆石坝振动台试验与动力数值分析相互验证研究 ,表明考虑坝体地基相互作用的数学、力学模型是合理、正确的 .数值计算能非常方便地调整各种物理力学参数 ,从而又能指导模型试验 .通过振动台试验与数值分析相互验证的成果 ,针对深覆盖层上高堆石坝的动力特性得出系统自振频率随地震历时的变化规律 ,加速度放大系数与地震量级大小的关系 ,以及对《水工建筑物抗震设计规范》中仅要求进行两向地震输入和针对不同的地震烈度采用相同的加速度分布系数提出建议 .     

大型U形双渡槽结构动力分析

应用三维有限元动力分析方法,建立大型U形双渡槽结构动力分析有限元模型,计算其在不同过水工况下的自振特性,并采用振型分解反应谱法分别按水工建筑物抗震设计的规范谱和穿黄工程场地危险性分析确定的场地谱计算渡槽的地震动力响应。结果表明：槽中水体对渡槽的自振特性影响显著;按场地谱计算的动力响应约是规范谱的3倍;支撑结构是渡槽抗震的薄弱环节。     

地震荷载作用下尾矿坝结构的动力特性分析

基于结构动力学分析理论,对满库工况下某尾矿坝在地震荷载作用下动力特性进行计算分析。首先建立了三维有限元模型,然后采用有限单元法获得了前3阶振型自振频率、结构位移和应力、X向和Z向速度与加速度时程等动力响应。分析表明,在加载过程中,尾矿库区的形变状态、速度、加速度水平均处于较高状态,需要采取相应措施,防止动载破坏发生。     

拱坝振动台模型边界与材料特性对坝体自振特性的影响分析

为了分析模型边界与模型材料对大型拱坝振动台试验模型坝体自振特性的影响,该文针对国内某一特高混凝土拱坝振动台试验模型,利用有限元方法计算分析了不同影响因素参数变化对坝体自振特性的影响。结果表明:(1)地基边界弹模变化对大坝前6阶自振频率影响很小;(2)坝体自振频率随单层坝体材料弹模呈正相关变化,且5～8层坝体弹模变化对坝体自振频率影响相对较大;(3)当地基材料弹模降低时,大坝自振频率降幅明显。当地基弹模逐渐增大时,前两阶自振频率保持相对稳定,中高阶自振频率增幅较大;(4)胶体单独作用和胶与尼龙丝联合作用对坝体自振特性的影响均较小。     

高拱坝强地震作用下损伤破坏分析

结合混凝土静动态试验，根据连续损伤力学中能量等效原理和有效应力概念，建立了能反映混凝土动态情况下多轴弹塑性损伤破坏模型，破坏准则中考虑了多轴损伤变量和应变率的影响。用于有限元数值模拟，对强地震作用下（峰值地震加速度为0.5575g）某高拱坝动力响应进行了数值模拟，获得地震全过程拱坝拉损伤、压损伤、总体损伤模式和应变率响应；分析结果表明了大坝的破损趋势，同时可看出导致大坝破损的主要原因是混凝土的拉伸损伤；并且得到大坝不同部位有着明显不同的率响应，将很大程度上影响坝体混凝土不同程度的动态性能；结果显示大坝在经历强震作用后总体损伤不大，借助损伤力学评价大坝经历强震后的安全性较好，但坝体存在抗震薄弱部位，设计和施工中应注意采取措施处理；同时坝体地震破损发展过程表明了大坝的破坏趋势，和该拱坝模型试验的破损情况比较一致。本文工作可为类似体型拱坝动力灾变过程分析和判断提供参考。     

考虑流固耦合的反应谱法分析拱坝的动力特性

根据对乌东德拱坝抗震研究中的动力分析，在考虑水体与结构之间耦合作用的情况下分析乌东德拱坝的动力特性，根据规范给出的反应谱计算方法计算乌东德拱坝的反应谱法动力响应，并对反应谱法计算的动力结果进行分析，结果表明，考虑水体与结构之间的耦合作用能有效降低拱坝的动应力。     

拱坝-库水相互作用的振动台破坏试验研究

为探究拱坝-库水相互作用对拱坝强震失效模式和超载能力的影响,在振动台上开展模型动力破坏试验。基于弹性力-重力相似律设计模型,考虑了材料率效应,利用天然水模拟库水,缝的模拟考虑了键槽影响以及裂纹尖端开裂相似条件。选择模型基频对应的谐波逐级加载开展超载试验,并运用多种技术手段监测模型损伤破坏全过程。试验表明,库水的预压作用能够充分发挥拱结构的抗压特点,使得顶拱拱向应力分布均匀。本次试验与不考虑库水的研究结果对比,得出结论:库水并没有降低拱坝结构整体超载能力,在宏观裂纹出现前约束顶拱动态应力的发展,使得顶拱与拱冠梁趋于同时破坏。本文研究结果可为评估坝库相互作用对拱坝超载能力与失效模式的影响提供试验依据。     

考虑水平薄弱层的碾压混凝土拱坝振动台试验研究

由于碾压混凝土坝的施工工艺特点及特殊情况的出现,局部易形成薄弱层。为探究水平薄弱层的存在对拱坝地震超载能力与失效模式的影响,在振动台上进行了大坝模型动力破坏试验。模型的建立基于弹性力-重力准则,在相似关系设计时考虑了原型与模型材料力学特性的率敏感性,同时在动态加载条件下进行了含薄弱层的模型材料劈拉试验。选择模型基频对应的谐波逐级加载研究拱坝在超载作用下的反应。试验表明,拱端横缝的张开以及拱冠附近诱导缝的开裂释放了拱向约束,使得拱冠梁水平薄弱层处的梁向作用增强,易发生破坏。通过本次试验结果与不考虑薄弱层的研究结果对比,得出结论:水平薄弱层的存在并没有显著降低坝体整体超载能力,主要影响拱向约束减弱后,梁向位置进入悬臂梁加载模式后的失效模式。本文研究结果可为评估水平薄弱层的存在对拱坝超载能力与失效模式的影响提供试验依据。     

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。     

基于HHT方法的结构模态参数识别

基于Hilbert-Huang变换和自然激励技术,结合振动台试验对模型拱坝的频率、阻尼比等参数进行识别,并对破坏试验过程中模态参数的变化规律进行分析。在数值实现上,发展了先对信号进行带通滤波再对滤波结果求解互相关函数的方法,可避免模态分解中的频率混杂,提高参数识别精度。与传递函数法识别结果的比较表明,该方法可以有效地识别出结构的频率、阻尼比等模态参数。对破坏试验的分析发现,随着裂缝的扩展,模型的自振频率逐渐降低,阻尼比相应增加。     

重力坝坝体—库水相互作用的振动台试验研究

结合某重力坝工程,进行了坝体—库水动力相互作用的振动台动力模型试验,研究库水对大坝自振频率及坝面动水压力的影响,同时辅以数值计算,将目前工程上应用广泛的韦斯特伽德库水附加质量模型以及库水有限元模型的计算结果与模型试验成果进行比较。结果表明,库水有限元附加质量模型能更好模拟库水对坝体动力特性和地震动力反应的影响,而韦斯特伽德库水附加质量模型夸大了库水的动力影响,建议在适当折减的基础上采用。     

结构缝对高碾压混凝土拱坝地震破坏机理影响的试验研究

为探究结构缝的存在对碾压混凝土拱坝地震破坏机理的影响,在地震模拟系统上进行了拱坝模型动力破坏试验。模型的建立基于弹性力-重力准则,不考虑库水以及坝体-地基相互作用。采用一种新型压电传感器测量模型内部的动态应力,并主动监测模型内部微裂纹的发生和发展过程。横缝的模拟考虑了键槽的影响,诱导缝的模拟基于断裂力学理论。选择模型基频对应的谐波逐级加载来研究拱坝在地震动超载作用下的反应。试验表明,拱坝顶拱的端部与拱冠的破坏均较严重,试验中横缝与诱导缝的先后张开分别释放了拱向端部应力与冠部应力,从而引导了裂纹开裂方向,减轻坝体破坏。通过实际震害与物理模拟的对比验证了试验结果的可靠性,显示本文的物理模拟技术有助于研究结构缝对拱坝地震破坏机理和最终失效模式的影响,可为碾压混凝土拱坝的抗震设计提供科学依据。     

高拱坝抗震安全评价指标研究——以白鹤滩拱坝为例

为研究拱冠梁中上部在地震作用下的局部稳定性,提出合理的局部抗震安全评价指标,本文以白鹤滩拱坝为例,建立三维有限元模型进行数值模拟计算。将拱冠梁中上部作为研究对象,以基于坝段的抗滑安全系数及抗滑安全系数持时作为局部安全评价指标,研究了两个指标随地震动峰值加速度(PGA)的变化规律及其沿坝段高程的分布规律,并基于指标的统计结果明确了拱冠梁中上部薄弱位置。结果表明,随着PGA的增加,拱冠梁中上部抗震安全薄弱面所在的位置是逐步降低的。PGA低于0.8g时,拱冠梁中上部位抗震安全的薄弱面位于0.79~0.83倍坝高位置;PGA大于等于0.8g时,拱冠梁中上部抗震安全的薄弱面位于0.76~0.79倍坝高位置。本文计算结果与高拱坝振动台地震破坏试验结果相近,提出的评价指标应用于拱冠梁中上部的评价效果较好,可为高拱坝中上部抗震薄弱部位的定位及大坝安全监测提供参考。     

高碾压混凝土拱坝损伤振动响应特性

高碾压混凝土坝泄洪时,坝体的振动特征是反映其是否安全运行的重要指标。为探明高碾压混凝土坝的损伤振动响应特性,基于理论分析和数值模拟方法,以坝体典型裂缝和碾压成层结构为损伤性结构指标,对无损伤坝体、裂缝损伤坝体、成层损伤坝体和双损伤坝体的流激振动响应规律进行了对比分析。结果表明:碾压成层强度越低、碾压厚度越大、碾压层数越多,拱坝的流激振动响应越大。针对碾压成层和裂缝损伤建立4种不同的损伤模型,进行动力响应计算,得出:碾压成层结构以及裂缝结构,都会使得拱冠梁以及坝肩部位和损伤部位的动力响应增大;并且当同时存在2种损伤时,2种损伤还将相互影响,使得坝身的动位移进一步增大,对坝身安全最为不利。     

拱坝横缝有初始开度的数值模型和试验验证

针对横缝有初始开度的拱坝地震响应分析的需要，建立了一个有初始开度横缝的数值模型，并且采用模型拱坝常规振动试验和破坏振动试验的结果验证了该数值模型的合理性．分析计算的结果表明，拱坝横缝初始开度会改变坝体自振特性，并且可能改变坝体地震响应规律。