材料参数对重力坝动力响应的影响

发布时间：2021-10-02 00:22

　　鉴于动力响应分析是重力坝抗震设计中的关键环节,地震过程中各类影响因素的耦合机制十分复杂,以金安桥重力坝某非溢流坝段为工程依托,围绕材料密度、弹模对重力坝动力响应的影响展开研究,分析参数与重力坝动力响应变化规律间的关系。结果表明,材料密度、弹模对结构自振特性及加速度响应的影响显著,其中密度与自振频率和加速度响应呈负相关,弹模则与之呈正相关,且不同材料参数间存在不可忽视的相互影响;重力坝位移响应受自振特性中震动周期的影响最大,且结构动力响应分布规律与自身形式相关,受材料密度、弹模变化的影响较小,因此可认为降低材料密度、提升材料弹模是控制重力坝动力变形的有效手段,为抗震设计材料的比选提供了理论依据。 

【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(12)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

金安桥重力坝有限元模型示意图

研究主要围绕材料参数变化对重力坝动力响应的影响规律，因此未考虑坝体-坝基材料非线性对结构动力响应的影响。采用自主编译的Fortran程序进行计算[4]，使用时程法在静力分析的基础上进行动力分析，通过广义Newmark法确定每一时刻坝体与地基的应力分布及变形情况，选用固定人工边界作为地基边界条件，即在无质量地基模型中地基的截断侧边界上施加法向固定约束，底边界上施加双向固定约束，惯性力仅施加在坝体上，地基上不加惯性力，只考虑其刚度。地震荷载选取Koyna地震波，其归一化的加速度时程曲线见图2，地震波时长12.8s，水平向峰值加速度为0.474g，竖直向峰值加速度为0.312g，地震荷载作用下库水-坝体的动力相互作用采用Westgaard附加质量法进行考虑。由于大坝动力响应最大值常出现在坝顶，因此结构分析中均选择上游面坝顶作为特征点进行分析。大坝材料参数见表1，根据《水工建筑物抗震设计规范》（GB51247-2018)[5]，材料动态参数在静态情况下将弹性模量提升50%。通过改变材料密度、弹模的数值，组合设立9种工况进行仿真分析，各工况下密度和弹模数值变化系数见表2。

图3为金安桥重力坝不同工况下坝顶加速度的时程曲线，并按调整弹模、调整密度、弹模与密度共同调整将9个工况分为4类情况进行对比分析。结果表明，材料密度弹模对结构加速度动力响应的影响同样明显，由工况1～4的对比可得，材料弹模与加速度响应的变化呈正相关，材料密度与加速度响应变化呈负相关，且当工况2、3自振特性接近相同的情况下，工况3的加速度响应远大于工况2。但工况2与工况3的数值结果并不能代表材料密度对重力坝加速度响应的影响重于材料弹模；对比工况5、6的加速度时程，可发现材料密度与弹模同时提升对加速度响应的影响明显强于参数同时降低，说明材料参数间的相互影响在动力响应分析中不容忽视。同时工况5、6的加速度峰值均小于工况2、3，这也从侧面印证了密度、弹模与加速度响应的相关性截然相反。工况7与工况8的加速度时程对比进一步验证了前述结论，工况7时材料密度降低、弹模升高，此时的加速度响应明显强于工况8，但即使工况7的参数变化组合，其加速度峰值也未超过工况2、3。

【参考文献】：
期刊论文
[1]河床式水电站厂房地震响应软弱基岩弹模敏感性分析[J]. 苏晨辉,宋志强,曹伟,党康宁.  水利水电技术. 2017(11)
[2]坝体弹模和坝高对重力坝动力特性的影响研究[J]. 童伟,韩雪娇,范书立,许韬.  水力发电. 2015(02)
[3]坝高和基岩刚度对重力坝地震响应的影响[J]. 何蕴龙.  武汉大学学报(工学版). 2007(06)

博士论文
[1]考虑坝体—库水—地基相互作用的有横缝拱坝地震响应分析[D]. 赵兰浩.河海大学 2006



本文编号：3417630