基于多个响应量的拱坝地震易损性分析
发布时间：2021-01-23 20:12
以白鹤滩拱坝为研究对象,选取成组强震记录,同时考虑地震动和材料的不确定性,采用增量法对白鹤滩拱坝进行了地震易损性分析。统计连续调幅地震动作用下拱坝损伤破坏过程,直观的划分了拱坝地震破坏等级,确定了拱冠位移、横缝开度和损伤体积比这三个响应量在各破坏等级间的界限值,从而可通过这三个响应量定量描述拱坝的破坏等级。通过拟合增量动力分析结果,分别建立了三个响应量的概率地震需求模型,进而求得地震易损性曲线,并综合比较了不同破坏等级下基于三个响应量的易损性曲线,全面反映了拱坝易损性。利用易损性曲线可以预测不同强度地震作用下拱坝达到各级破坏的概率,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供了理论依据。
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(01)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
地震波放大系数谱
本文以白鹤滩拱坝为例进行计算分析。白鹤滩拱坝是非对称双曲拱坝,最大坝高289.0 m,坝顶高程834.0 m,上游设计水位825.0 m,下游设计水位604.0 m。除坝肩有少数六节点棱柱体单元外,坝体和地基均剖分成八节点六面体等参单元。沿坝体厚度方向剖分四层单元,从而能够观察到沿厚度方向的损伤扩展。有限元计算模型模拟了13条坝体横缝。地基为辐射状,外围设置一层无限元,模拟无限地基的辐射阻尼。白鹤滩拱坝有限元模型如图2所示。坝体混凝土材料采用混凝土损伤塑性本构模型模拟[17],具体的损伤参数可根据文献[18]提出的方法计算。坝体横缝采用考虑键槽咬合作用的接触模型模拟,忽略横缝之间的切向滑移,只考虑横缝的张开闭合,通过设置硬接触和限制切向滑移的弹簧单元实现[19]。坝体混凝土和基岩假定为均匀材料,材料参数如表3所示。计算荷载考虑了坝体自重、正常蓄水位时的静水压力以及地震荷载,动水压力采用Westergaard附加质量模型模拟。表3 材料参数Tab.3 Material parameters 材料 弹性模量/GPa 泊松比 密度/(kg·m-3) 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa 混凝土 31.2 0.167 2 400 22.92 2.05 基岩 19.5 0.25 2 600
增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA)是研究结构抗震性能的有效方法之一[20]。通过逐渐增加地震动的强度,结构从开始的线弹性阶段进入到弹塑性阶段最后到倒塌阶段,由此可以确定结构的抗震性能和各级性能水准。通常把地震动的峰值加速度PGA、峰值速度PGV或者结构基本周期所对应的谱加速度Sa(T1)作为地震动强度指标。根据文献[21]的研究,谱加速度作为强度指标会降低拱坝需求的离散程度,再加上拱坝三维地震响应分析中顺河向地震动分量影响最大,所以本文以顺河向地震动分量的谱加速度作为强度指标。对于结构响应量,本文选取拱冠顺河向最大相对位移(Disp)、拱冠横缝最大开度(Copen)以及坝体损伤体积比(DVR)。其中坝体损伤体积比指的是坝体损伤体积(各单元的体积乘以单元损伤因子再求和)与坝体体积之比,可反应拱坝的损伤程度。以地震动顺河向分量在拱坝基本周期处的谱加速度为强度指标,将每条地震动在0.1g～1.2g连续调幅,间隔为0.1g,所以20条地震动共需进行240次有限元计算。每条地震动的三个分量同时乘以相同的调幅系数,以保持比例关系不变。拱冠位移、横缝开度和损伤体积比的增量动力分析结果如图3所示。4 拱坝地震破坏等级划分
本文编号：2995853
【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(01)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
地震波放大系数谱
本文以白鹤滩拱坝为例进行计算分析。白鹤滩拱坝是非对称双曲拱坝,最大坝高289.0 m,坝顶高程834.0 m,上游设计水位825.0 m,下游设计水位604.0 m。除坝肩有少数六节点棱柱体单元外,坝体和地基均剖分成八节点六面体等参单元。沿坝体厚度方向剖分四层单元,从而能够观察到沿厚度方向的损伤扩展。有限元计算模型模拟了13条坝体横缝。地基为辐射状,外围设置一层无限元,模拟无限地基的辐射阻尼。白鹤滩拱坝有限元模型如图2所示。坝体混凝土材料采用混凝土损伤塑性本构模型模拟[17],具体的损伤参数可根据文献[18]提出的方法计算。坝体横缝采用考虑键槽咬合作用的接触模型模拟,忽略横缝之间的切向滑移,只考虑横缝的张开闭合,通过设置硬接触和限制切向滑移的弹簧单元实现[19]。坝体混凝土和基岩假定为均匀材料,材料参数如表3所示。计算荷载考虑了坝体自重、正常蓄水位时的静水压力以及地震荷载,动水压力采用Westergaard附加质量模型模拟。表3 材料参数Tab.3 Material parameters 材料 弹性模量/GPa 泊松比 密度/(kg·m-3) 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa 混凝土 31.2 0.167 2 400 22.92 2.05 基岩 19.5 0.25 2 600
增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA)是研究结构抗震性能的有效方法之一[20]。通过逐渐增加地震动的强度,结构从开始的线弹性阶段进入到弹塑性阶段最后到倒塌阶段,由此可以确定结构的抗震性能和各级性能水准。通常把地震动的峰值加速度PGA、峰值速度PGV或者结构基本周期所对应的谱加速度Sa(T1)作为地震动强度指标。根据文献[21]的研究,谱加速度作为强度指标会降低拱坝需求的离散程度,再加上拱坝三维地震响应分析中顺河向地震动分量影响最大,所以本文以顺河向地震动分量的谱加速度作为强度指标。对于结构响应量,本文选取拱冠顺河向最大相对位移(Disp)、拱冠横缝最大开度(Copen)以及坝体损伤体积比(DVR)。其中坝体损伤体积比指的是坝体损伤体积(各单元的体积乘以单元损伤因子再求和)与坝体体积之比,可反应拱坝的损伤程度。以地震动顺河向分量在拱坝基本周期处的谱加速度为强度指标,将每条地震动在0.1g～1.2g连续调幅,间隔为0.1g,所以20条地震动共需进行240次有限元计算。每条地震动的三个分量同时乘以相同的调幅系数,以保持比例关系不变。拱冠位移、横缝开度和损伤体积比的增量动力分析结果如图3所示。4 拱坝地震破坏等级划分
本文编号：2995853
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