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小湾水电站拱坝坝体三维有限元动力分析

余开强  
【摘要】: 国内水利水电工程建设目前正处于前所未有的蓬勃发展时期,许多高而薄的拱坝建设将逐步在我国的江河上兴建。然而,由于缺乏在河谷高宽比大的高拱坝设计经验,特别是在高地震烈度区修建高拱坝,因此,本项目的研究分析具有十分重要的现实意义。 小湾电站修建的292米高的双曲拱坝,是当今世界最高的双曲拱坝。可研阶段的抗震分析计算结果表明,在基本工况和地震特殊工况及施工期,坝体局部存在较高的应力与不利分布,有必要进一步改善体型和结构布置以降低坝体应力水平。本课题是“九·五”国家重点科技公关项目中有关高拱坝抗震分析的组成部分,是在有关研究成果的基础上,对已确定的坝型及其坝体及附属物(闸墩、孔口)进行动力分析,确定有关设计参数,同时也是对以往研究成果的校核。本文主要内容是采用三维动力有限元法针对小湾拱坝开展不同地震输入、不同水位对高拱坝动力反应的影响,并对有无闸墩、有无孔口进行比较,分析研究不同输入下的大坝地震反应,找出不利的应力及位移部位。 在考虑了坝身开孔和闸墩的存在后,坝体应力场也将发生一定的变化,特别是在开孔及闸墩附近,与不开孔及无闸墩情况相比将会有显著的不同。开孔及闸墩可视为坝身的局部削弱处和附加结构物,分析它们对整体动应力的影响将为大坝、尤其是该局部的方案确定和详细设计提供依据。 本文完成的主要工作有两个方面:一是通过静力分析、反应谱分析和时程分析研究坝身开孔及闸墩对坝体整体动力反应的影响。研究表明考虑孔口和闸墩对大坝的自振特性有一定的影响。对于振型而言,这种影响对低阶振型比高阶振型大,考虑孔口和闸墩后,大坝的自振频率有所降低;在低阶振型中有一部分的排列顺序(大小关系)发生了变化,但这些变化不致使大坝的动力特性发生显著的改变。考虑孔口和闸墩后,动力放大系数有所降低,位移反应基本 四川大学工程硕士学位论文 不变,拉应力峰值提高,而压应力峰值降低。另外,不同性质的地震动输入所 得的计算结果表明,地震波的频谱特性对于小湾大坝这样的长周期结构的动力 反应特别是位移反应有明显的影响。二是研究闸墩的动力反应及其附近区域的 动应力,为闸墩的结构设计和问墩及孔日的配筋提供依据。结果表明在孔口和 闸墩附近出现了程度不太严重的应力集中现象,但拉应力超出抗拉设计强度较 多,有必要采取配筋等措施来抵抗动力作用下的拉应力。


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