拱坝抗震性能设计及模型试验影响因素研究

【摘要】： 随着西部大开发战略的实施,一批高拱坝在我国西南部正在或将要开工建设,这些工程库容达数十亿到数百亿立方米,并且大部分处于强烈地震活动区,若发生破坏将带来严重的后果。本文以研究混凝土拱坝的地震破坏形态、破坏机理为目的,从混凝土拱坝动力数值计算入手,考虑混凝土开裂、横峰张开等非线性因素研究了混凝土拱坝的可能破坏模式和地震极限承载能力。从而可以更全面地考察拱坝的抗震性能,为工程设计人员有针对性地采取工程措施进行拱坝抗震设计提供了参考。主要内容如下: 针对本论文所涉及的基本理论,简要介绍了混凝土单元的理论框架及性能和有限元接触算法的基本理论,主要是接触算法中的拉格朗日乘子法。 采用非线性时程分析方法研究了拱冠地震动向下游位移和地震峰值加速度(PGA/GPA)的关系,发现了之间的相互关系,并且上述关系可以反映拱坝的整体破坏状态,利于评判拱坝的整体抗震性能。在此基础上,进行了在考虑设计地震和考虑不同概率大小地震下,基于“投资—效益准则”的大坝的整体抗震性能设计 研究了考虑混凝土开裂非线性的拟静力方法适用范围。发现这种近似方法对于重力坝这种静定结构具有可行性,但是对于拱坝这种高度超静定结构不适用。同时,还讨论了不同振型下的震动对拱坝开裂的贡献。 讨论了非线性情况下的拱坝模型试验,根据由相似原理推导的非线性下的模型与原型的各种相似比,仅考虑材料是脆性破坏的情形,建立了缩尺模型的数值模型,并将其数值计算结果与原型的数值计算结果进行了对比验证,发现其相似理论能够反应实际情况。随后进行了地震波持时延长后,破坏模型试验的数值验证,其结果比原型时偏大,并指出了其可能的原因,说明延长持时的地震波对破坏模型试验的准确度影响不容忽视。 最后对所做工作进行了总结,并提出下一步工作的发展方向和前景。