碾压混凝土重力坝动力响应研究

论文摘要

随着我国水利水电事业的蓬勃发展和碾压混凝土筑坝技术的提高,在我国西部正在设计和修建一批高碾压混凝土重力坝,同时这些地区又处在高烈度地震频发区域,研究碾压混凝土重力坝抗震性能具有重大的现实意义。因此,本文采用有限元动力分析方法,对碾压混凝土重力坝的动力响应进行了研究和探讨。本文主要做了以下几方面的工作:1、介绍了动力响应基本理论、有限元法基本思想和有限元动力分析方法,研究了振型分解反应谱法理论和动力时程分析法理论,并在ANSYS中得到实现。运用参数化语言编制了动水压力求解模块,实现了坝体—库水—地基的耦合求解,更加符合工程实际情况。2、基于上述理论对地基范围和弹性模量对动力响应的影响进行了深入探讨和分析,研究了不同地基范围和地基弹性模量对动力响应的影响规律,丰富了大坝设计理论。3、结合已建的龙滩碾压混凝土重力坝,为了研究地震作用下碾压混凝土重力坝的动力响应,选取单个坝段前期方案和一次性建成方案,建立了平面和三维两种有限元模型,采用模态分析对比了相应的动力特性;运用振型分解反应谱法进行计算,分析了坝体地震时动应力和动位移响应变化规律,以及两种模型动力响应的差异。4、按照规范,选用了多遇地震、罕遇地震和设计反应谱人工波加速度时程,结合动力时程分析法研究了坝体动位移和动应力响应变化规律,与振型分解反应谱法做了对比。在计算基础上提出了相应抗震开裂措施。本文运用有限元动力分析方法结合实际工程,其研究成果符合一般规律,可为设计施工和类似工程提供参考和借鉴价值。同时,碾压混凝土重力坝动力响应是非常复杂的问题,动力分析中一些方法和问题还有待进一步完善和发展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 碾压混凝土重力坝的特点及发展
• 1.2.1 重力坝的基本特点
• 1.2.2 碾压混凝土重力坝的发展及发展趋势
• 1.3 混凝土重力坝动力响应研究综述
• 1.3.1 原型观测方法
• 1.3.2 动力模型试验方法
• 1.3.3 动力计算方法
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 地震作用下动力响应理论
• 2.1 地震作用下结构振动方程
• 2.1.1 地震作用下结构单自由度体系方程
• 2.1.2 地震作用下结构多自由度体系方程
• 2.2 有限单元法原理及理论
• 2.3 ANSYS软件和参数化语言介绍
• 2.3.1 ANSYS软件分析介绍
• 2.3.2 参数化程序设计语言
• 2.4 本章小结
• 第三章 动力响应理论的实现和应用
• 3.1 振型分解反应谱法理论及实现
• 3.1.1 振型分解反应谱法相关理论
• 3.1.2 振型分解反应谱法在ANSYS中的实现
• 3.2 动力时程分析法理论及实现
• 3.2.1 动力时程分析法理论
• 3.2.2 动力时程分析法在ANSYS中的实现
• 3.3 动水压力附加质量单元理论及实现
• 3.4 坝基范围对动力响应的影响
• 3.4.1 计算说明和内容
• 3.4.2 计算结果分析
• 3.5 弹性模量对动力响应的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 碾压混凝土重力坝振型分解反应谱法动力响应分析
• 4.1 工程概况
• 4.2 计算模型和参数的确定
• 4.2.1 地震动参数和计算参数的确定
• 4.2.2 计算模型的确定
• 4.3 计算方法和特殊问题的处理
• 4.4 坝体自振特性分析
• 4.5 动力响应计算结果分析
• 4.5.1 动力响应位移分析与比较
• 4.5.2 动力响应应力分析与比较
• 4.6 本章小结
• 第五章 碾压混凝土重力坝时程动力分析法动力响应分析
• 5.1 地震波的选取
• 5.2 计算模型及参数的确定
• 5.3 地震作用下动力响应计算成果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况