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复杂地基上混凝土拱坝抗震分析的理论与方法

邹辉  
【摘要】:混凝土拱坝的抗震分析是拱坝安全评价的重要内容。本文在系统研究了结构动力分析理论、流固耦合的分析理论以及局部人工边界理论的基础上,基于ANSYS参数化设计语言APDL编制了动水压力模块,实现了拱坝-库水-地基的耦合求解,开发了用粘弹性人工边界模拟无限地基的程序,进行了碾压混凝土拱坝的可视化建模、参数化设计研究,并结合实际工程天花板水电站碾压混凝土拱坝进行静动力三维有限元分析,具体内容如下: 1.研究了混凝土拱坝波动理论、有限元动力分析方法以及在ANSYS中实现技术,研究了谱分析理论和时程分析理论,基于ANSYS参数化设计语言APDL编制了动水压力求解模块,实现了拱坝-库水-地基的耦合求解,使有限元模型的计算结果更符合实际。 2.研究了结构-库水-地基的相互作用理论以及模拟无限域地基的人工边界的方法,重点研究了粘弹性人工边界的理论以及有限元实现方法,借助APDL语言编制了三维粘弹性人工边界在ANSYS中的计算程序。算例计算表明,用粘弹性静动力人工边界模拟无限域地基,不但可行而且精度较高,符合实际情况。 3.采用可视化建模技术对天花板水电站碾压混凝土拱坝建立三维有限元模型,进行了静、动力计算分析,详细研究了拱坝在不同典型工况下的应力、变形和稳定性以及坝-库水-地基的联合作用,研究了拱坝的自振特性和地震响应,获得了一组具有实用价值的研究成果。 本文在ANSYS中实现了三维粘弹性静动力人工边界,结果精度较高;天花板水电站碾压混凝土拱坝的有限元分析结果也表明,采用本文的研究方法和技术得出的应力变形、结构自振特性和地震反应结果规律性较好,成果对于天花板水电站碾压混凝土拱坝以及其它类似的水工结构设计有一定的参考价值。


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