拱坝横缝键槽形式对拱坝地震响应的影响分析

建立了包含拱坝横缝键槽物理构造的简化矩形键槽和梯形键槽模型,横缝键槽接触面之间的本构关系采用指数型动接触本构模型,比较分析了平缝模型、矩形键槽模型以及梯形键槽模型对拱坝横缝局部以及拱坝整体应力一位移地震响应的影响.分析结果表明:与平缝模型相比,键槽的存在对拱坝横缝局部以及大坝整体的响应均有较大影响,横缝的开度明显增大,坝段之间的滑移量减小,横缝底端的应力集中现象明显减弱,上游坝面整体的应力状态有所改善,坝顶的最大顺河向位移有所降低;两种键槽模型对大坝整体的应力-位移响应的影响较接近,但对拱坝横缝局部的开度及坝段之间的滑移量影响较大.     

拱坝横缝非线性动力响应的模型试验和计算分析

本文采用脆性材料（重晶石膨润土混合料）制作的拱坝模型来研究拱坝横缝的非线性动力响应，通过振动台输入谐波和地震波对械模型拱坝进行动力试验，并运用拱坝非线性分析有限元程序ADPD-88来进行计算比较，试验结果验证了数值模型的可行性，揭示了带横缝拱坝在地震荷载作用下的反应规律。此外，本文对运用有限元程序来计算拱坝横缝地震非线性反应提出了若干建议。     

不同横缝接触与库水模型对拱坝动力反应的影响

本文基于有限元非线性动接触模型,对拱坝横缝非线性动力响应进行研究,重点讨论：(1)拱坝横缝键槽对限制缝面切向滑移的不同程度约束对反应的影响;(2)分别采用Westergard模型和不可压缩流体有限元模型考虑上游库水对坝面的动压力作用,比较分析了上述不同水库模型对拱坝在地震作用下横缝开度响应分布的影响。计算结果表明：(1)考虑键槽对横缝两侧施加完全切向约束条件对降低拱坝两岸的横缝开度幅值有重要的意义;(2)相比流体有限元模型,基于Westergaard动水压力公式计算得靠近两岸坝肩部位横缝开度响应有一定程度偏大,这一结论已被前人试验成果所证实。     

不同库水模型对拱坝横缝开度的影响

地震作用下横缝的张开、闭合与滑移对高拱坝的动力响应有着显著的影响,而横缝的张开度是有横缝拱坝抗震分析的一个重要计算指标.结合实际工程,采用有限元混合法模拟横缝的非线性行为,用多次透射人工边界条件计及无限地基的辐射阻尼效应,给出三种库水模型及其数值求解方案,考查不同库水模型对高拱坝横缝开度的影响.计算表明,忽略水体的可压缩性将引起显著的计算误差,横缝最大张开度不但幅值不同,沿坝轴线方向的分布也有较大差异.附加质量模型和忽略水体的可压缩件将过分夸大库水对坝体的作用,在计算中应该考虑库水的可压缩性.     

间断式横缝设计及其对大坝地震响应的影响

介绍强震区高碾压混凝土重力坝横缝的创新性设计及其对大坝地震响应的影响.为提高大坝的整体稳定性,对坝体每一碾压浇筑层,横缝的切缝深度仅切割2/3浇筑层厚度,并在切缝中填充无纺布,使横缝具有弱连接诱导缝的性质,达到既能满足温控要求,又可增强大坝的整体性.开发了反映横缝法向开合非线性和径向滑移动接触模型,采用非线性指数型动接触本构模型模拟了横缝的张开、闭合的非线性力学行为,运用摩尔库伦定律模拟了横缝的切向非线性特性.对在建的金安桥碾压混凝土重力坝3条横缝、10条横缝的情形分别进行了地震响应分析.结果表明,间断式横缝有效地提高了大坝的整体性,大坝横河向位移响应明显减小;金安桥大坝靠左右岸坝段的横缝的张开度明显大于中间坝段横缝的开度值,相应的张开一闭合频率也远高于中间坝段的横缝.所提设计方案已用于实际工程,实践表明具有较好的效果,可推广用于类似碾压混凝土大坝的施工设计.     

基于虚拟裂缝模型的带横缝高拱坝的抗震性能研究

针对国内某高拱坝,基于Hillerborg断裂力学理论的混凝土本构模型,采用constraint-function的接触算法,考虑大坝的横缝和诱导缝,建立三维坝体-地基动力相互作用分析模型。选取不同地震波,对模型进行非线性动力时程分析,研究地震过程中混凝土坝体拉-压交替的受力规律以及动力损伤的开裂过程,分析横缝和诱导缝在地震中开合往复的工作性态。研究方法和研究成果对评价高拱坝的抗震性能提供一种有效的方法。     

高拱坝横缝间布设SMA耗能棒材的减震分析与研究

建立高拱坝横缝非线性接触模型,将形状记忆合金(SMA)耗能棒材引入高拱坝结构的非线性抗震分析中,实现该耗能阻尼器力学元件的数值模拟,探讨其控制原理和方法.通过对不同结构进行计算分析,结果表明,与布设普通钢筋相比,应用SMA耗能阻尼构件对高拱坝在强震作用下的横缝张开度的控制效果更为明显,并能有效地减小坝体结构的加速度响应...     

高拱坝非线性地震反应分析中横缝模拟方案研究

本文采用显示有限元结合人工透射边界的地震波动模拟方法和动接触力模型,研究了高拱坝地震反应分析计算模型中,合理模拟坝体非线性反应所需的横缝设置条数,位置和间距,得出了设置少数横缝能基本反映坝体应力反应,但横缝张开度则与横缝布置间距密切相关,准确模拟横缝开合情况需模实际间距,及顶拱冠和两坝头可能出现较大横缝开度的结论。     

考虑横缝非线性作用的拱坝拱梁分载动力分析方法

结合结点力学广义位移原理,在坝体横缝位置设置广义接触点对,将接触点对问的约束以接触力代替,导出接触点对上的位移、接触力与坝体粱单元出口结点位移及内力间的关系,进而导出包含缝面上广义结点在内的柔度矩阵,根据缝面上的接触条件组装柔度矩阵,得到以接触力为未知量的求解方程.通过整体拱梁法和接触缝面非线性迭代的交替求解,实现了拱梁分载法中对拱坝横缝的静动力非线性接触过程的模拟.算例表明了本文分析方法的正确性.     

横缝引起的非整体性对小湾拱坝温度应力的影响研究

通过12种工况的有限元计算，本文对小湾拱坝按整体结构和非整体结构分别考虑时，在不同的温度变幅下坝体的应力分布情况进行了对比。通过对比可以看出，在目前的温度变幅下，小湾拱坝分别按整体结构或非整体结构计算的结果相差不大。但是，当温度变幅达到目前变幅的三倍时，按整体或非整体结构分别计算所得到的坝体最大拉应力将出现一定的不同。     

库底饱和淤积砂层对高拱坝地震反应的影响研究

本文中采用时域显式有限元方法,将库底淤积砂层模拟为重流体,以小湾拱坝为例,分析可压缩库水条件下库底饱和淤积砂层对高拱坝地震反应的影响。计算结果表明,从总体上来说饱和淤砂层的存在对高拱坝地震反应影响较小,但是仍有一些局部反应的变化值得注意。     

大岗山拱坝考虑阻尼器抗震措施的非线性动力反应分析

本文在已有的拱坝非线性动力分析程序ADAP-88中加入阻尼器模型,开发完成了可考虑阻尼器抗震加固措施的数值分析程序,并将该程序应用于大岗山拱坝的非线性动力反应分析中。研究表明,阻尼器抗震措施对控制高拱坝在强震作用下的横缝张开度有一定的效果,但对坝体应力的分布规律和量值影响不大。     

复合接触单元及其在带缝高拱坝仿真中的应用

高拱坝的横缝、诱导缝以及坝体裂缝对大坝变形及应力状态影响重大。由于这些缝,尤其是坝体裂缝的受力特性复杂,采用常规的接触单元无法准确模拟其实际效应。本文提出一种新的复合接触单元,将接触元件隐含在薄层混凝土单元中,通过动态调整接触元件的刚度系数,可有效地模拟缝的形成过程、开合效应及灌浆作用,它具有概念简单,计算时保持有限元网格不变,易于数值实现等优点。结合算例分析,对接触元件刚度和单元厚度等影响计算效率的因素进行敏感性研究,并提出相应的推荐取值范围。最后,将该复合接触单元应用于小湾高拱坝仿真分析,通过计算与监测结果对比,验证了所提单元模型的准确性和有效性。     

考虑重力坝纵缝结合程度的非线性有限元数值模拟

为了对老化混凝土重力坝纵缝进行较为合理的模拟,在分析接触面法向和切向非线性受力特性的基础上,详细给出了具有厚度的接触面单元的法向和切向本构关系模型,特别是针对工程中实际问题提出了适合描述纵缝结合程度的法向关系新模型,编制了有限元计算程序.该程序对接触面非线性计算采用增量迭代法,实现了接缝单元强度校核时的结点不平衡力计算与单元法向嵌入控制时的嵌入调整同步进行.本文利用典型算例验证了该程序的合理性、精确性与普适性.最后,通过对一实际老混凝土重力坝纵缝的模拟,明确纵缝各力学参数对坝体变形和应力的影响规律,并为混凝土重力坝类似接缝问题的分析研究提供新的思路和实用数值方法.     

拱坝随机振动响应的概率分析及抗震安全评价

本文介绍如何利用反应谱方法对结构动力响应做概率分析,并用Monte-Carlo方法进行验证,结果表明两种方法结果一致。应用反应谱方法对拱坝随机振动响应进行了分析,研究了均匀振动下拱坝随机振动响应的概率分布,对拱坝在基准期内的抗震安全作了评价。     

高拱坝坝基断层加固力研究

高拱坝坝基断层的处理是拱坝建基面设计中重要的一环,该处应力复杂,确定置换体、锚固体所应承受加固力比较困难。本文运用变形加固理论对高拱坝坝基断层的加固机理进行研究。变形加固理论揭示了自承力、加固力、外荷载、结构稳定性和变形之间内在的联系,指出在给定外荷载作用下,结构的加固区域就是出现不平衡力的区域,为抑制破坏所需加固力即为不平衡力的反向力。研究结果表明:坝基断层为不平衡力集中区,断层的不平衡力与断层受力相比为小量,但它关系到断层的稳定性;不平衡力的大小、方向和分布有助于确定断层的加固区域及制定合理的加固方案。