高拱壩動力響應分析若干關鍵技術問題研究.pdf

1、在我國西部進行水電能源開發(fā)，對多地震國家的強震區(qū)來說，高壩抗震安全問題是目前我國水電科技工作者必須面對的一個嚴重挑戰(zhàn)，也是確保工程順利與運行安全的關鍵科學與技術課題。對高壩進行抗震安全性評價，需要涉及“壩址地震動輸入”、“大壩結構體系的地震響應”、“筑壩材料的動態(tài)性能”等相互配套的三個方面的問題。為此，本文以高拱壩為工程應用背景，重點對了以下若干關鍵技術問題進行了深入研究。 （1）基于人工地震波生成理論，運用Matlab編寫了相

2、應的人工波生成程序，并且按規(guī)范反應譜生成了各類場地人工地震波；基于最小二乘擬合法與單自由度地震動力反應遞歸法相結合，對地震波時域數(shù)值算法進行了優(yōu)化探討，運用Matlab編寫了優(yōu)化算法的計算程序，通過數(shù)值算例和工程應用說明該方法可以有效地消除積分位移基線漂移現(xiàn)象。 （2）根據(jù)粘彈性人工邊界的理論及其波動輸入方式，運用APDL參數(shù)化程序編寫了實現(xiàn)粘彈性人工邊界及其波動輸入的程序；通過三維數(shù)值算例驗證了所編寫程序的正確性、可靠性。

3、 針對無限域、半無限域問題，利用ABAQUS中的無限單元庫，實現(xiàn)了有限元和無限元的無縫連接，即有限元-無限元法。通過一數(shù)值算例說明了實現(xiàn)的有限元-無限元耦合程序的正確性；對KOYNA重力壩進行了靜力分析，體現(xiàn)了有限元-無限元法靜力計算的精確性。然后，驗證了有限元-無限元法動力計算的精度：基于ABAQUS的有限元-無限元法動力計算時具有與粘性邊界相同的精度。 （3）以ANSYS軟件為前處理平臺，運用APDL和UIDL開發(fā)了拱壩

4、參數(shù)化、可視化三維有限元建模程序，以白鶴灘雙曲拱壩、萬家口子單曲拱壩方案、麒麟觀雙曲拱壩有限元建模為例，說明了該程序的建模過程更為直觀、方便、快捷。 （4）以小灣拋物線雙曲拱壩為算例，建立了三維有限元模型，編寫了計算模型從ANSYS導入到ABAQUS的接口程序。然后在ABAQUS和ANSYS程序中分別編寫了考慮動水壓力影響的附加質量單元程序，對小灣拱壩的動力特性進行了計算分析，經驗證兩種程序吻合的很好。 采用振型分解反應

5、譜法，對整體拱壩在正常蓄水位遭遇設計地震時進行了靜動力計算分析。拱壩應力按規(guī)范要求采用分項系數(shù)極限狀態(tài)表達式控制。對上下游面進行了應力極限狀態(tài)驗算。結果表明，小灣拱壩在正常蓄水位遭遇設計地震時，混凝土材料的抗壓和抗拉強度均滿足承載能力極限狀態(tài)設計式，滿足規(guī)范要求；大壩的抗壓強度具有較大安全裕度。 （5）通過ANSYS接觸單元模擬小灣拱壩橫縫，考慮了拱壩橫縫及其數(shù)量對拱壩抗震性能的影響。首先通過靜力分析設置了合理的接觸單元參數(shù)，然