沙牌碾压混凝土拱坝抗震稳定性分析

发布时间：2017-09-05 06:16

  本文关键词：沙牌碾压混凝土拱坝抗震稳定性分析

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【摘要】：伴随着我国水利工程建设的迅猛发展和新型碾压筑坝技术水平的快速提高，在水资源蕴藏量丰富的西南地区，一批高度在200~300m级的超高拱坝（如小湾拱坝292m，锦屏水电站305m）正在规划设计或施工建设中，而这些地区又位于我国高烈度地震频发区域，有的抗震设防烈度甚至达到Ⅺ度。在这些高烈度地区修建的高坝大库，坝体的抗震性能将直接关系到下游地区的人民生命财产安全，其后果也将是灾难性的。因此，研究高地震烈度地区高坝大库的抗震安全稳定等问题至关重要。 本文依托沙牌碾压混凝土拱坝为工程背景，沙牌拱坝原抗震设防烈度为Ⅶ度，却抵抗了远超其抗震设防烈度的8级汶川强烈地震（沙牌坝址区为Ⅷ度），表现出拱坝超强的承载能力。采用最大峰值地震加速度为0.2g，相当于Ⅷ度地震工况，对沙牌拱坝进行抗震安全复核。重点研究碾压混凝土层间结合处薄弱层的存在对坝体抗震性能的影响，，利用通用有限元软件ANSYS分别建立了不考虑碾压混凝土层间结合处存在薄弱层模型Ⅰ和考虑碾压混凝土层间结合处存在软弱薄弱层的模型Ⅱ两种拱坝有限元计算模型。首先采用模态分析方法比较了两种模型分别在空库、死水位及正常蓄水位工况下自振特性，得到不同水位工况下两种计算模型的自振特性和振型分布规律；其次运用振型分解反应谱法和动力时程分析法分别对两种模型进行动力分析计算，对比分析了坝体在地震动响应下的结果及其位移、应力分布规律。计算结果表明，在边界条件和荷载作用均相同的情况下考虑碾压混凝土层间结合处存在软弱薄弱层后，将使得坝体的位移和应力变大，甚至会超过规范规定容许值，说明层间薄弱层的存在会降低坝体的整体稳定性。 结合有限元模型静、动力分析计算结果，按强度最不利应力叠加原则和按稳定最不利应力叠加原则分别对沙牌拱坝进行抗震安全稳定分析，由此所得拱坝静、动综合应力分布结果。结果表明沙牌拱坝坝肩处为坝体抗震的薄弱部位。并依据数值模拟的结果分别从设计、施工角度等方面提出相关抗震安全措施。 本文研究成果可对设计及类似工程提供一定的参考和借鉴。同时，对于高烈度地区的高坝大库进行动态分析仍是非常复杂的问题，其动力分析中一些问题的处理还有待进一步的深入研究。
【关键词】：碾压混凝土拱坝 薄弱层 地震动响应 抗震安全评价
【学位授予单位】：长春工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV642;TV312
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 主要符号表8-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题的提出及研究意义和目的9-11
• 1.2 拱坝的抗震设计方法概述11-14
• 1.2.1 混凝土拱坝应力分析研究现状12
• 1.2.2 混凝土拱坝抗震动力计算方法12-13
• 1.2.3 振动台动力模型试验13-14
• 1.2.4 原型观测现场试验14
• 1.3 当前混凝土拱坝抗震动力分析中的重要问题研究进展14-16
• 1.3.1 坝体—地基—库水动力相互作用14-15
• 1.3.2 坝体—地基体系内各类缝面的非线性接触问题15-16
• 1.4 本文的主要工作内容16-18
• 第2章 拱坝抗震设计的动力学分析理论与方法18-25
• 2.1 结构振动方程18-20
• 2.1.1 单自由度体系的振动方程18-19
• 2.1.2 多自由度体系在地震作用下的运动19-20
• 2.2 常见有限单元法动力分析类型和内容20-22
• 2.2.1 振型分解反应谱法理论与方法20-21
• 2.2.2 结构地震反应时程分析法理论和方法21-22
• 2.3 动水附加质量力的实现方式22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 沙牌碾压混凝土拱坝反应谱法动力分析25-47
• 3.1 工程概况25-27
• 3.2 汶川地震对沙牌拱坝的影响27-28
• 3.3 三维有限元模型的构建及计算参数的确定28-33
• 3.3.1 有限元模型的构建28-31
• 3.3.2 坝体地震动计算参数的确定31-32
• 3.3.3 对有限元模型问题的处理32-33
• 3.4 坝体的静态分析33-36
• 3.5 坝体自振特性分析36-40
• 3.6 基于振型分解反应谱法的地震响应计算结果分析40-45
• 3.6.1 拱坝反应谱地震动位移响应分析与比较40-44
• 3.6.2 拱坝反应谱地震动应力响应分析与比较44-45
• 3.7 本章小结45-47
• 第4章 沙牌碾压混凝土拱坝动力时程法分析47-54
• 4.1 地震波模型的选取与输入47-48
• 4.2 模型计算特殊点的选取和静动荷载处理48-49
• 4.3 分析计算结果49-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 沙牌拱坝抗震安全评价及抗震措施54-57
• 5.1 沙牌拱坝抗震安全评价54-55
• 5.2 抗震安全措施55-57
• 第6章 结论和展望57-60
• 6.1 结论57-58
• 6.2 展望58-60
• 参考文献60-63
• 在学期间发表的学术论文及其他成果63-64
• 在学期间参加专业实践及工程项目研究工作64-65
• 致谢65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：796320