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《昆明理工大学》 2010年
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温度、地震荷载作用下拱坝动力响应的理论分析和数值模拟

王勇  
【摘要】:我国水能资源十分丰富,理论蕴藏量约为6.67亿KW,根据最新调查结果,可开发容量可达5.29亿KW,均居世界首位,开发程度不足20%。我国水能资源的80%集中于西部,特别是西南地区。但是该区坝址都由强烈区域性地质构造形成,西部水电开发难以避让高地震区。地震作用和高拱坝结构地震反应都十分复杂。迄今,国内外在强地震区修建高拱坝的工程实践经验很少,更无经受过强震考验的事例。而其一旦遭受震害失事,次生灾害后果将十分严重。高坝大库抗震安全必须谨慎对待,面对缺乏先例的新的问题和挑战,需建立大坝抗震的创新理念。 本文详细阐述了大体积混凝土非稳定温度场、应力场的有限元仿真计算理论和方法,结合这些理论和方法,借助大型有限元软件,利用生死单元实现了拱坝施工期的层层浇筑动态过程的非稳定温度场的数值模拟,通过顺序耦合热应力分析得出相应的温度应力场。由计算的结果可知,拱坝在施工期阶段,坝体内温度由水泥水化热长生的热量短期内急速升高,随着混凝土龄期的增长,内部温度逐渐扩散到外部,并在最后达到一个稳定的温度场。数值模拟的温度应力场的结果表明,由温度荷载引起的拉应力对拱坝有一定的影响,但尚处于可控制范围之内。 同时,本文还通过研究结构动力分析和拱坝抗震理论分析,建立模型,对拱坝进行了模态分析,由计算结果可知,空库要比满库时的频率大。利用有限元方法历程分析法重点研究了在温度荷载、地震荷载作用下的拱坝动力响应。计算结果表明,拱坝在温度荷载、地震荷载作用下的动力计算结果要比只有温度荷载时的静力计算结果大,而且在动力计算时拱坝的拉压应力区和静力计算时的拉压应力区没有直接的关系,甚至静力计算时的拉应力区在动力计算时会变成压应力区。
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