高拱壩動(dòng)力響應(yīng)分析若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題研究.pdf

1、在我國(guó)西部進(jìn)行水電能源開發(fā)，對(duì)多地震國(guó)家的強(qiáng)震區(qū)來(lái)說(shuō)，高壩抗震安全問(wèn)題是目前我國(guó)水電科技工作者必須面對(duì)的一個(gè)嚴(yán)重挑戰(zhàn)，也是確保工程順利與運(yùn)行安全的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)課題。對(duì)高壩進(jìn)行抗震安全性評(píng)價(jià)，需要涉及“壩址地震動(dòng)輸入”、“大壩結(jié)構(gòu)體系的地震響應(yīng)”、“筑壩材料的動(dòng)態(tài)性能”等相互配套的三個(gè)方面的問(wèn)題。為此，本文以高拱壩為工程應(yīng)用背景，重點(diǎn)對(duì)了以下若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。 （1）基于人工地震波生成理論，運(yùn)用Matlab編寫了相

2、應(yīng)的人工波生成程序，并且按規(guī)范反應(yīng)譜生成了各類場(chǎng)地人工地震波；基于最小二乘擬合法與單自由度地震動(dòng)力反應(yīng)遞歸法相結(jié)合，對(duì)地震波時(shí)域數(shù)值算法進(jìn)行了優(yōu)化探討，運(yùn)用Matlab編寫了優(yōu)化算法的計(jì)算程序，通過(guò)數(shù)值算例和工程應(yīng)用說(shuō)明該方法可以有效地消除積分位移基線漂移現(xiàn)象。 （2）根據(jù)粘彈性人工邊界的理論及其波動(dòng)輸入方式，運(yùn)用APDL參數(shù)化程序編寫了實(shí)現(xiàn)粘彈性人工邊界及其波動(dòng)輸入的程序；通過(guò)三維數(shù)值算例驗(yàn)證了所編寫程序的正確性、可靠性。

3、 針對(duì)無(wú)限域、半無(wú)限域問(wèn)題，利用ABAQUS中的無(wú)限單元庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了有限元和無(wú)限元的無(wú)縫連接，即有限元-無(wú)限元法。通過(guò)一數(shù)值算例說(shuō)明了實(shí)現(xiàn)的有限元-無(wú)限元耦合程序的正確性；對(duì)KOYNA重力壩進(jìn)行了靜力分析，體現(xiàn)了有限元-無(wú)限元法靜力計(jì)算的精確性。然后，驗(yàn)證了有限元-無(wú)限元法動(dòng)力計(jì)算的精度：基于ABAQUS的有限元-無(wú)限元法動(dòng)力計(jì)算時(shí)具有與粘性邊界相同的精度。 （3）以ANSYS軟件為前處理平臺(tái)，運(yùn)用APDL和UIDL開發(fā)了拱壩

4、參數(shù)化、可視化三維有限元建模程序，以白鶴灘雙曲拱壩、萬(wàn)家口子單曲拱壩方案、麒麟觀雙曲拱壩有限元建模為例，說(shuō)明了該程序的建模過(guò)程更為直觀、方便、快捷。 （4）以小灣拋物線雙曲拱壩為算例，建立了三維有限元模型，編寫了計(jì)算模型從ANSYS導(dǎo)入到ABAQUS的接口程序。然后在ABAQUS和ANSYS程序中分別編寫了考慮動(dòng)水壓力影響的附加質(zhì)量單元程序，對(duì)小灣拱壩的動(dòng)力特性進(jìn)行了計(jì)算分析，經(jīng)驗(yàn)證兩種程序吻合的很好。 采用振型分解反應(yīng)

5、譜法，對(duì)整體拱壩在正常蓄水位遭遇設(shè)計(jì)地震時(shí)進(jìn)行了靜動(dòng)力計(jì)算分析。拱壩應(yīng)力按規(guī)范要求采用分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)表達(dá)式控制。對(duì)上下游面進(jìn)行了應(yīng)力極限狀態(tài)驗(yàn)算。結(jié)果表明，小灣拱壩在正常蓄水位遭遇設(shè)計(jì)地震時(shí)，混凝土材料的抗壓和抗拉強(qiáng)度均滿足承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)式，滿足規(guī)范要求；大壩的抗壓強(qiáng)度具有較大安全裕度。 （5）通過(guò)ANSYS接觸單元模擬小灣拱壩橫縫，考慮了拱壩橫縫及其數(shù)量對(duì)拱壩抗震性能的影響。首先通過(guò)靜力分析設(shè)置了合理的接觸單元參數(shù)，然