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基于有限单元法的混凝土特高拱坝静动力分析研究

朱军福  
【摘要】:近年来随着国家国力日益增强及西部大开发战略持续推进,我国修建在建一批大型水利枢纽工程,这其中超载能力强、安全度高、工程量少的拱坝往往成为首选坝型。然而我国水能资源最丰富、水利工程最密集的西南地区处于欧亚板块和太平洋板块交界,地震频发,已建在建特高拱坝投资巨大、周期长、施工难度大,一旦失事将对下游产生灾难性后果,因此在地震烈度大的地区修建特高拱坝,对其地震响应及应力状况进行研究尤显重要。本文基于拱坝的研究现状及有限单元法静动力分析理论,以小湾特高拱坝为研究对象,利用ABAQUS软件建立小湾拱坝三维有限元模型并进行了静动力分析,其主要研究内容及结论如下:(1)综述了高拱坝静动力响应的国内外研究现状,对有限单元法静动力分析基本理论进行了阐述。(2)利用ABAQUS建立了小湾高拱坝有限元模型,考虑坝体与库水、地基之间的相互作用,在坝体自重、静水压力、泥沙压力、温度作用等荷载作用下,对六种工况进行静力计算,分析小湾高拱坝的位移及应力规律。(3)利用Python批量处理节点反力实现动水附加质量施加,对空库、正常蓄水位、校核洪水位三种工况进行模态分析;利用人工地震波软件SIMQKE_GR生成人工地震波对小湾高拱坝进行动力时程分析,计算分析拱坝的位移及应力变化。(4)首次研究峰值速度对小湾高拱坝特征点的动力响应影响,将生成的小湾水电站频谱数据导入美国太平洋地震工程研究中心强震数据库,下载30条实测地震动,归一化处理后选出峰值加速度、峰值位移相同,峰值速度不同的三条地震动。计算峰值速度分别为6cm/s、12cm/s、24cm/s情况下小湾高拱坝的动力响应,研究峰值速度及峰值速度变化对其位移及应力的影响规律。计算结果表明:随着地震动峰值速度的增大,坝体各参考点的位移、第一主应力及第三主应力均随之增大,位移最大值位于坝顶拱冠梁处;随着峰值速度变化增幅的增加,坝体最大第一主应力及最大第三主应力的增幅亦随之增加,但坝体最大第三主应力的增幅增加较快,这说明坝体最大第三主应力对峰值速度的变化更加敏感,在小湾高拱坝监测运行管理中要引起足够的重视。


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