地震作用下混凝土重力坝的数值模拟与应用研究

发布时间：2017-05-19 10:12

  本文关键词：地震作用下混凝土重力坝的数值模拟与应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水坝抗震研究是关系中国经济社会发展全局的防灾减灾工作中的重要组成部分,也是中国水利建设事业必须面对和急需解决的一个战略性关键技术问题和目前工程抗震领域中的前沿课题。为此,本文对地震过程中水坝的动态响应进行数值模拟分析,为重力坝的设计及抗震研究提供参考依据。首先,为了研究附加质量法在三维重力坝抗震计算中的应用,利用ABAQUS有限元软件二次开发功能,编写三维附加质量单元子程序UEL,实现了三维模型中节点附加质量的快速施加,并通过模拟Koyna震害工程来验证子程序的正确性。计算结果基本符合Koyna震害记录,说明子程序UEL的开发是正确可靠的,用该二次开发方法解决此类三维水体—结构相互作用问题是可行的。其次,以秦皇岛桃林口混凝土重力坝为研究对象,模拟桃林口大坝在迁安波作用下的动态响应,并研究了三个方向地震加速度在地震过程中的影响程度。研究发现,同时计入三个方向的地震波是对坝体最不利的一种模拟方案,横河向地震加速度和垂直地震加速度在整个抗震分析中都有着重要影响,在应力分析中,垂直地震作用的影响较大,横河向地震波的影响较小;在位移分析中,横河向地震波的影响更加明显。再次,对桃林口大坝进行了多波验算分析,研究发现,不同地震波作用下坝体的震后损伤部位不同,这说明不同地震波作用下,坝体的动力响应不同,坝颈位置是抗震薄弱部位,但同时也不能忽视坝体其它部位的安全与稳定。最后,研究了下游折坡点高度对整个坝体抗震性能的影响,研究发现适当增加下游折坡点的高度,可以增强坝体的抗震性能,为了保证水坝在强震中的安全与稳定,下游折坡点应控制在坝体高度的80%以上。研究成果对于全面了解并提高混凝土重力坝抗震性能、优化抗震措施具有重要意义。
【关键词】：混凝土重力坝 抗震性能 动水压力 附加质量法 下游折坡点
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV312;TV642.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 混凝土高坝强震实例11-12
• 1.2.1 新丰江工程11
• 1.2.2 宝珠寺工程11-12
• 1.2.3 沙牌工程12
• 1.3 混凝土重力坝抗震研究12-14
• 1.3.1 坝址地震动输入12-13
• 1.3.2 结构地震响应研究13-14
• 1.3.3 混凝土动态特性研究14
• 1.4 坝体—库水流固耦合的研究14-15
• 1.5 本文主要研究内容15-16
• 第2章 重力坝动力分析理论及混凝土塑性损伤模型16-28
• 2.1 抗震设计理论16-17
• 2.1.1 静力理论16
• 2.1.2 反应谱理论16-17
• 2.1.3 动力理论17
• 2.1.4 基于性态的抗震设计理论17
• 2.2 结构动力方程的建立17-20
• 2.2.1 一维地震动输入时的动力方程17-18
• 2.2.2 多维地震动输入时的动力方程18-19
• 2.2.3 多点地震动输入时的动力方程19-20
• 2.3 重力坝的有限元动力分析20-23
• 2.3.1 有限元法概述20-21
• 2.3.2 动力时程分析法21-23
• 2.4 附加质量法23-24
• 2.5 混凝土塑性损伤模型24-28
• 2.5.1 混凝土塑性损伤曲线24-25
• 2.5.2 混凝土塑性损伤本构25-27
• 2.5.3 模型屈服条件27-28
• 第3章 附加质量子程序的开发与验证28-39
• 3.1 引言28
• 3.2 附加质量子程序的开发28-29
• 3.3 附加质量子程序的验证29-38
• 3.3.1 Koyna工程概况29
• 3.3.2 计算模型的建立29-30
• 3.3.3 计算参数的确定30-31
• 3.3.4 加载地震波的选取31
• 3.3.5 Koyna大坝模态分析31-32
• 3.3.6 Koyna大坝动力时程分析32-37
• 3.3.7 Koyna大坝损伤分析37-38
• 3.4 小结38-39
• 第4章 不同地震波输入方式下重力坝动力响应研究39-54
• 4.1 桃林口工程简介39
• 4.2 计算模型的建立39-40
• 4.3 本构模型的确立40-41
• 4.4 地震波的选取41-42
• 4.5 地震波输入方式对比42-50
• 4.5.1 模拟方案43
• 4.5.2 不同地震波输入方式的结果分析43-50
• 4.6 多波验算分析50-53
• 4.6.1 模拟方案50
• 4.6.2 多波验算结果分析50-53
• 4.7 小结53-54
• 第5章 重力坝折坡点高度对其抗震性能的影响54-65
• 5.1 引言54
• 5.2 震害工程实例简介54
• 5.3 计算方案的确立54-55
• 5.4 不同折坡点高度的计算结果分析55-64
• 5.4.1 折坡点处应力分析55-58
• 5.4.2 坝顶位移分析58-63
• 5.4.3 震后拉伸损伤分析63-64
• 5.5 小结64-65
• 第6章 结论与展望65-66
• 6.1 结论65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-69
• 在学研究成果69-70
• 致谢70

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