黏弹性边界在某重力坝动力计算中的应用

采用APDL语言编写了黏弹性边界,在ANSYS中实现了重力坝考虑黏弹性边界的动力计算。选取安哥拉某水电站重力坝标准坝段,地震荷载激振方向按水平方向输入,用谱分析法分别采取刚性约束边界和黏弹性边界对某重力坝进行模态和动力计算。研究坝体在不同边界条件下的响应,并对结果进行对比分析。计算结果表明,采用有质量地基模型并赋予黏弹性边界比无质量地基刚性约束边界假设更贴近工程实际情况,自振频率更低,加速度分布更合理且坝顶加速度放大系数较小。     

基于等效一致边界的重力坝地震响应分析

地震动输入机制与重力坝地震响应分析方法密切相关,并对其有不可忽视的影响.传统的无质量地基忽视了地基质量的惯性作用,以及沿坝基地震动输入的幅值和相位都不均匀分布等因素影响,并不能真实地反映结构在地震作用下的动力响应.在地基截断处施加人工边界,则能够很好地模拟出地震波能量向远域地基逸散,将无质量地基时的封闭系统转化为符合实...     

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。     

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。     

基于不同边界的混凝土重力坝地震损伤分析

对于混凝土重力坝的地震损伤研究而言,组建合理的大坝模型对计算结果的精度和可靠性有很大影响,其中模型边界的选取和设置至关重要;采用黏弹性人工边界的重力坝模型计算所需时间较长,操作也较复杂,结合薄层单元和黏弹性人工边界构造了等效黏弹性人工边界,对比了黏弹性人工边界和等效黏弹性人工边界模型的结果,发现两种边界控制下的坝体地震损伤结果类似,坝体受损轻微,且等效黏弹性人工边界消耗的计算资源较少,其结果仍具有较高精度。     

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。     

考虑纵缝影响的重力坝静动力荷载组合作用分析

将时间显式积分动力有限元方法与黏弹性动力人工边界理论相结合,建立了有纵缝混凝土重力坝坝体-地基系统的非线性动力反应计算分析方法。同时,采用动力学方法求解静力作用效应,解决了含接触非线性问题的重力坝坝体静、动力荷载组合作用效应的计算问题。文中采用该方法分析了某混凝土重力坝的纵缝对坝体静、动力力学特性的影响程度,明确了纵缝的存在是影响坝体抗震安全性的不利因素,从而也验证了方法的可行性和有效性。     

基于黏弹性边界的渡槽结构地震动力特性分析

建立了双洎河渡槽地震动分析的数值仿真模型,编制程序实现了黏弹性人工边界法,并通过算例验证其正确性,黏弹性边界具有良好的波动能量吸收和耗散效果。考虑水体动力效应,基于黏弹性边界,进行渡槽结构地震动力特性分析。对渡槽结构的动位移和动应力分析表明:随着渡槽结构高度的增大,结构响应的加速度有增大趋势;支墩底部到槽身顶部,水平向加速度对结构的影响更加明显;槽身底板与支座相交处和支墩底部的动应力值水平较高,是地震动薄弱的集中区域,需加强局部配筋或支撑以增强抗震能力。     

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。     

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。     

有弹性铰杆系的等效刚度与等效荷载

本文根据杆件的弹性铰内外的变位关系得出转换矩阵,从而导出了有弹性绞杆件的刚度矩阵和等效节点荷载的转换关系式。这样,就减少了方程阶数,使计算工作简单,还可分析装配式结构的弹性松弛。     

动荷载作用下混凝土重力坝应力及稳定性分析

为研究地震荷载作用下重力坝稳定及应力变形规律,通过有限元数值模拟方法对溢流坝段和非溢流坝段进行了三维模型计算.地震荷载组合作用下,坝体水平位移更大,坝顶部水平位移最大,坝踵处竖向位移最大;坝体的最大大主应力、小主应力也更大,且坝踵处大主应力最大,廊道附近小主应力最大;坝体的安全系数最小,且在相同荷载组合下溢流坝段的安全...     

地震荷载作用下重力坝坝踵裂缝内水压分布研究

在地震荷载作用下,重力坝内水下裂缝突然闭合时会产生较大的附加水压力,从而可能引起裂缝失稳,对大坝抗震不利。基于大型有限元软件建立数值分析模型,人为在坝踵设置初始张开宽度为0.001 m的楔形裂缝,以分析在地震作用下不同长度、不同方向的裂缝内部的最大水压分布规律。其中,库水及缝内水体采用势流体单元,库水与坝体、坝基间采用流固单元。研究结果表明,随着裂缝长度的增长,裂缝内最大水压不断增加,最大可达到初始静水压的8.13倍;而随着裂缝角度的增大,裂缝内最大水压先增大后减小;裂缝长度越长,裂缝内最大水压随着角度变化越明显。     

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。     

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。     

基于时程分析法的重力坝抗震能力分析

利用有限元软件ADINA建立某拟建重力坝坝体-地基三维仿真模型,通过在坝基截断边界上设置黏弹性人工边界方式,模拟远域地基辐射阻尼对地震波产生的影响,基于时程分析法对该重力坝在设计地震及校核地震作用下的抗震能力进行分析.结果 表明,设计地震及校核地震作用下,该重力坝的顺河向及竖向位移最大值均产生于坝顶位置;设计地震下,坝...     

混凝土重力坝在地震荷载下的稳定分析

采用混凝土损伤塑性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算,分析某混凝土坝在地震荷载下的响应,分析结构的稳定性和任意荷载作用下结构的破坏情况.计算结构表明:采用混凝土损伤塑性本构模型,利用有限元分析软件ABAQUS进行混凝土坝的结构计算,可以更加直观反映混凝土坝的应力、应变和整个坝坡破坏发展过程....