地震作用下高薄拱坝动力响应分析

发布时间：2017-09-04 23:39

  本文关键词：地震作用下高薄拱坝动力响应分析

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【摘要】：随着我国水利事业的蓬勃发展,西部地区有一大批坝身高、体型薄的拱坝已建或正在筹建中。同时,西部地区地处喜马拉雅地震带,是亚欧大陆上最主要的地震带之一,也是我国大陆地震活动最活跃的地区,有史以来在我国发生的7级以上地震中,约70%都发生在这一地区。因此,准确、及时的评价高薄拱坝的抗震安全性能,是水利工程建设管理重中之重的课题。本文依托坝高160m,厚高比0.106的重庆市盖下高薄拱坝工程为研究对象,开展了地震作用下高薄拱坝动力响应相关研究,主要研究内容与成果如下:1、对动力人工边界处理方法、坝体—库水动力相互作用理论以及结构自振特性分析方法进行总结的基础上,研究了考虑坝体—库水动力相互作用的反应谱法和建立粘弹性人工边界的时程分析法,为高薄拱坝自振特性计算、地震动力响应分析以及动力响应影响因素分析奠定理论基础。2、利用大型通用有限元软件ANSYS的APDL参数化语言,实现了高薄拱坝参数化有限元模型的自动建立,通过热—结构分析,模拟了温度荷载对高薄拱坝的影响,分析表明薄拱坝在单独温度荷载作用下产生较大的应力及变形。并应用有限单元法对高薄拱坝进行不同工况下温升和温降组合静力计算,得出在复杂静力荷载作用下坝体上部产生较大位移,与基础接触处发生集中应力。3、建立了坝体—库水流固耦合模型和利用Mass21单元模拟动水压力的坝体—地基—附加库水质量模型,研究考虑流固耦合作用和水体附加质量法对高薄拱坝自振特性的影响,研究表明考虑流固耦合作用时坝体的自振频率高于采用水体附加质量法时坝体的自振频率。在此基础上按反应谱法计算地震动力响应,与静力成果叠加处理,得出了高薄拱坝在静动力作用下的最不利响应。4、利用时程分析法,以盖下拱坝有限元模型为原型,分析了影响高薄拱坝动力响应的两个重要因素:坝体—库水的动力相互作用、地基辐射阻尼效应。分析表明考虑坝体—库水的动力相互作用时坝体位移及应力响应大于不考虑坝体—库水动力相互作用的响应结果,所采用考虑地基辐射阻尼效应的粘弹性边界有效地避免了坝体地震反应的虚假放大。5、研究了高薄拱坝在时程动力分析中,遭遇多遇地震、罕遇地震以及设计反应谱地震作用时坝体的动力响应变化规律,与反应谱法成果做了对比分析,并在此基础上提出了相应抗震防裂措施。
【关键词】：高薄拱坝 地震作用 动力响应 附加质量 流固耦合
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV642.4;TV312
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 问题的提出及研究意义10-11
• 1.2 高薄拱坝的发展概况及特点11-13
• 1.2.1 高薄拱坝的发展概况11-13
• 1.2.2 高薄拱坝的特点13
• 1.3 高薄拱坝抗震设计的发展历程13-15
• 1.3.1 静力法13-14
• 1.3.2 拟静力法14
• 1.3.3 动力法14-15
• 1.4 本文的主要研究内容及技术路线15-17
• 1.4.1 本文的主要研究内容15
• 1.4.2 本文的技术路线15-17
• 第二章 高薄拱坝抗震计算理论及方法17-34
• 2.1 引言17
• 2.2 无限地基中的动力人工边界17-19
• 2.3 坝体—库水动力相互作用理论19-22
• 2.3.1 坝体—库水的耦合作用19-20
• 2.3.2 坝体—库水动力耦合作用方程20-22
• 2.4 结构自振特性分析方法22-26
• 2.4.1 水体附加质量法结构自振特性分析22-23
• 2.4.2 水体与结构的耦合作用23-25
• 2.4.3 考虑耦合作用的结构自振特性分析方法25-26
• 2.5 结构动力分析的反应谱法26-29
• 2.5.1 反应谱法的一般原理26-27
• 2.5.2 结构动力分析的反应谱法27-29
• 2.6 结构动力分析的时程法29-33
• 2.6.1 时程分析法的一般原理30
• 2.6.2 结构动力分析的时程法30-33
• 2.7 本章小结33-34
• 第三章 基于ANSYS平台的高薄拱坝三维有限元静力分析34-49
• 3.1 引言34
• 3.2 ANSYS有限元软件介绍34-36
• 3.2.1 ANSYS软件简介34-35
• 3.2.2 APDL参数化设计语言35-36
• 3.3 盖下高薄拱坝工程概况36-37
• 3.4 计算参数和有限元模型37-39
• 3.4.1 计算参数37-38
• 3.4.2 拱坝系统有限元数学模型38-39
• 3.5 计算基本荷载39-43
• 3.5.1 自重39
• 3.5.2 静水压力39
• 3.5.3 泥沙压力39-40
• 3.5.4 温度荷载40-42
• 3.5.5 拱坝热固耦合分析42-43
• 3.6 静力荷载作用下高薄拱坝有限元计算结果及分析43-48
• 3.6.1 高薄拱坝温度应力分析成果43-45
• 3.6.2 高薄拱坝三维有限元静力分析成果45-48
• 3.7 本章小结48-49
• 第四章 地震作用下高薄拱坝反应谱动力响应分析49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 计算参数和有限元模型49-50
• 4.2.1 计算参数49
• 4.2.2 有限元模型49-50
• 4.3 坝体自振特性分析50-53
• 4.3.1 水体附加质量法坝体自振特性分析50-52
• 4.3.2 考虑流固耦合的坝体自振特性分析52-53
• 4.4 反应谱法成果分析53-59
• 4.4.1 反应谱法动力响应分析53-58
• 4.4.2 动静叠加应力分析58-59
• 4.5 本章小结59-61
• 第五章 地震作用下高薄拱坝时程动力响应分析61-77
• 5.1 引言61
• 5.2 地震波选取及参数确定61-64
• 5.2.1 地震波的选取61-63
• 5.2.2 计算模型及参数的确定63-64
• 5.3 盖下高薄拱坝动力响应影响因素分析64-71
• 5.3.1 坝—库的动力相互作用对高薄拱坝动力响应的影响分析比较65-68
• 5.3.2 地基辐射阻尼对高薄拱坝动力响应影响分析比较68-71
• 5.4 时程动力法成果分析71-74
• 5.4.1 时程动力法位移成果分析71-72
• 5.4.2 时程动力法应力成果分析72-74
• 5.5 工程抗震措施建议74-75
• 5.6 本章小结75-77
• 第六章 结论与建议77-80
• 6.1 结论77-78
• 6.2 建议78-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-85
• 在校期间发表的论文著作及取得的科研成果85

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