海底和陆地地震动作用下沉管隧道地震响应研究

海水层和海底沉积土层的存在影响地震动的传播,导致海底地震动与陆地地震动特征存在明显差异,选取合理的地震动输入是进行沉管隧道抗震性能分析的重要前提,因此,对比分析沉管隧道在海底和陆地地震动作用下的动力响应具有重要意义。基于饱和粘弹性人工边界理论,将地震动输入转化为等效节点力来实现三向地震波的输入。利用ABAQUS软件建立海水-海床-隧道的三维有限元模型,并考虑地震动作用下海水产生的动水压力影响。对沉管隧道在两种地震动作用下产生的相对层间位移、加速度和最大主应力进行对比分析。结果表明:海底地震动作用下的各向相对层间位移小于陆地地震动作用下;在海底和陆地地震动作用下沉管隧道出现最不利的位置不同;在海底地震动作用下产生的峰值加速度相比于原始输入地震波,其数值有所减小,而在陆地地震动作用下其数值有所增加。

凹口螺栓断裂影响分析

为分析不同参量对凹口螺栓断裂的影响,以304钢凹口螺栓为研究对象,根据凹口长度、角度、深度的不同,分别采用直径为15mm和20mm的圆杆设计了8种凹口螺栓试件。对各个试件进行拉伸试验,并改变基准件的加载速率,得到各个试件的应力应变曲线,研究不同参量对于凹口螺栓断裂位置和断裂性能的影响。结果表明,断裂位置一般处于凹口螺栓受荷载一侧的凹口段和过渡段的交界面,各个参量的变化都会对凹口螺栓断裂时的强度和断裂伸长率等造成一定影响,为凹口螺栓在无火工分离中的应用提供了参考。

高拱坝振动台地震破坏试验研究及数值仿真

以大岗山拱坝模型的动力破坏试验为基础,从试验和数值计算角度,对整体拱坝动力特性、薄弱部位、破坏形态以及抗震性能进行研究。采用和混凝土性能相似的脆性模型材料,通过逐级加载的方式在振动台上对整体拱坝进行从弹性到破坏整个过程的模型试验,分析坝体动态特性、加速度和应变的变化规律。并采用弹脆性损伤模型对混凝土拱坝在地震作用下损伤破坏的全过程进行数值仿真,探讨拱坝动力破坏过程、破坏形态,并与试验结果进行对比分析。结果表明:模型试验和对原型进行的数值模拟所得到的破坏过程和破坏形态都较为接近。在顺河向地震作用下,顶拱的坝中部位为地震应力最高的区域,是坝体薄弱的部位,整体拱坝首先在该位置出现裂纹,其次是顶拱距左右两岸1/4拱圈处。在强震作用下,拱向和梁向裂缝贯穿上下游,将导致拱顶中部的混凝土脱离坝体,丧失壅水功能。试验和计算结果相互印证,可呈现高拱坝在强烈地震作用下的损伤破坏过程及破坏形态,确定抗震薄弱环节,为混凝土高坝的抗震功能设计提供基础。

地震作用下碾压混凝土重力坝的可靠度分析

受基岩和坝体材料参数不确定性及地震随机性的影响,复杂地基上高碾压混凝土重力坝在强震作用下的动力响应具有较大的不确定性,坝体在地震下的失效概率和体系可靠度的分析成为难点。考虑混凝土材料、岩体材料和地震动的变异性,采用响应面法得到模拟重力坝极限状态方程的二次多项式,利用可靠度的有限步长法计算体系的可靠度。结合适应谱Push-over方法,改进拟静力法中重力坝地震惯性力动态分布系数的计算方法,将其用于重力坝动力可靠度计算。通过对强震区碾压混凝土重力坝的极限承载能力以及地震作用下可能失效路径对基本功能目标影响分析,研究不同失效路径下重力坝体系的可靠度影响因素,分析对应于坝体失效、地基失效、层面稳定以及闸门启闭的每种失效模式的失效概率和重力坝的体系可靠度,并用系统可靠度理论研究地震动对整个碾压混凝土重力坝体系的失效概率及可靠度影响。研究结果表明,不同的失效路径与各功能目标相联系,重力坝的可靠度需要综合考虑各失效路径的影响;地震作用下结构体系的可靠度受几种失效路径共同决定。

基于能量耗散碾压混凝土重力坝地震损伤分析

采用塑性损伤力学对混凝土重力坝进行非线性动力分析,通过研究塑性损伤本构中滞回曲线的特点以及地震中重力坝裂缝发展特征和结构能量耗散机理,建立了包含能量特性的大坝整体损伤评价指标。通过分析发现强震作用下坝体上部的损伤是结构的主要损伤,地震中的能量以结构阻尼耗散能量为主,混凝土损伤和塑性耗散的能量所占比例不大,但与裂缝的发展有直接关系。提出的大坝整体损伤指标可以综合的反应结构的整体损伤程度,以此对结构进行抗震设计,可以提高结构的抗震性能。

龙开口水电站溢流坝段动力模型破坏试验研究

采用仿真混凝土材料研究了龙开口水电站溢流坝段在不同因素影响下的动力破坏特征,并通过对6个模型试验结果的分析探讨了溢流坝段的动力破坏机理。试验中考虑了坝体-库水的动力相互作用以及横河向地震动对大坝破坏的影响,采用规范谱波和场地谱波两种地震动激励进行模型超载破坏分析。试验结果为工程设计和评价溢流坝段的抗震性能提供依据。

有限元等效应力法在重力坝强度分析中的应用

采用有限元法进行重力坝坝体应力分析时,坝踵、坝址的应力计算结果一直无法作为设计坝体断面的依据。本文将有限单元法所求得的应力合成截面内力,用材料力学公式求出重力坝建基面上任意点对应的线性化等效应力,并分析了影响有限元等效应力的各种因素。研究结果表明,有限元等效应力法有效地避免了坝踵、坝址的应力集中现象,解决了坝踵应力随网格的变化而变化的问题,计算出的建基面应力具有数值稳定性,得出的应力结果可以按现行的重力坝设计规范规定的应力标准评价重力坝坝体安全度。因此,结合有限元结果和等效应力法计算的坝踵、坝址应力结果,可为重力坝坝体强度的综合评定提供相应的依据。

基于向量地震动强度指标的拱坝地震易损性分析

将地震动顺河向分量的一、二阶谱加速度以及地震动横河向、顺河向分量的一阶谱加速度分别作为反映地震动强度的向量指标,建立了以拱冠位移、横缝开度和损伤体积比为性能指标的拱坝地震易损性曲面,以预测拱坝在不同强度水平的地震作用下达到各级破损的概率。以白鹤滩拱坝为研究对象,考虑地震动以及材料的不确定性对拱坝进行增量动力分析,将分析结果取对数后进行二元线性回归,得到概率地震需求模型,然后建立了不同性能指标的拱坝地震易损性曲面,并对基于向量地震动强度指标和基于标量地震动强度指标进行拱坝地震易损性分析的效率进行了比较。研究结果表明:基于向量IM的易损性分析能够显著降低拱坝地震需求预测的离散性,同时基于向量IM比标量IM更加高效,采用基于向量IM的地震易损性曲面对拱坝进行易损性分析能更加准确地评估拱坝的抗震性能。

渗透压力对重力坝有限元分析的影响研究

针对有限元分析重力坝的应力和抗滑稳定性时,如何正确模拟作用在建基面上的扬压力的问题,通过对有限元法中不同扬压力施加方式对计算结果影响的分析比较,探讨了各自的适用性。采用平面渗流理论,分析了渗透压力对坝体变形、应力分布及抗滑稳定的影响。数值计算结果表明:坝体内渗流场形成后,将扬压力以面力的形式施加在建基面上的方法是不可取的;采用浮重度的方式模拟扬压力的作用,得出结果的可以近似地满足工程精度要求。计算结果还表明,防渗帷幕和排水孔对重力坝的应力、抗滑稳定具有较大的影响。

波浪荷载作用下斜向抗拔桩的承载特性分析

针对浮式海洋结构采用的桩基础,考虑土的循环软化效应,将软土的循环强度与Mohr-Coulomb屈服准则相结合,基于拟静力弹塑性分析建立了循环波浪载荷作用下斜向抗拔桩循环承载性能的计算模型,确定了斜向上载荷作用下抗拔桩的循环承载力,并与单调加载作用下的斜向抗拔桩的极限承载力进行了对比,进一步探讨了桩长、桩径、桩体模量及载荷循环次数等因素对斜向抗拔桩循环承载力的影响。研究结果表明:循环波浪荷载的作用导致了斜向抗拔桩土体循环强度的分布不均匀,从而降低了地基的循环承载力。斜向抗拔桩的动态极限承载力随循环次数的增加而降低,随桩长、桩径及桩体模量的增大而增大。

水电站进水塔不同抗震验算方法对比分析

为了对西南地震高烈度区的水工建筑物进行抗震验算,分别采用拟静法和振型分解反应谱法对雅砻江官地水电站进水塔结构进行抗震分析。分析了两种方法下地震惯性力和动水压力计算的差异,并分别对进水塔进行了抗滑与抗倾覆稳定性验算。结果表明,两种方法计算得到的安全系数均符合规范要求,两者抗滑稳定系数相差不大,而抗倾覆稳定系数相差较大,用振型分解法计算抗倾覆稳定性更加保守。

特高压干式平波电抗器的抗震性能试验研究

特高压直流输变电线路的电抗器在尺度和静动力特性与中高压输变电线路电抗器有很大的不同,其抗震性能对于保证电网安全至关重要。针对特高压输变电线路的电抗器抗震性能进行了振动台动力模型试验研究,根据弹性力-重力相似律推导出各物理量之间的相似关系和相似比尺设计了试验模型。通过不同的地震激励研究了电抗器的动力特性测试及其抗震能力,得到了电抗器关键部位在地震作用下的加速度、位移和应变反应及抗震薄弱部位。试验结果表明:加速度响应在各层均有不同程度的放大,支柱绝缘子的根部和顶部是电抗器的抗震薄弱部位。竖向地震动对电抗器的动位移、加速度影响很小,对动应变影响很大,因此在电抗器抗震设计中需要考虑竖向地震的影响。

新旧抗震规范下重力坝抗震安全性能分析

结合新修订的《水电工程水工建筑物抗震设计规范》(NB35047-2015)与原来的《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073-2000),采用振型分解反应谱法分析了新旧规范下重力坝地震动应力、动位移与动加速度的分布规律。研究结果表明:与采用原规范计算得到的结果相比,采用修订规范后,各坝型基频对应的反应谱放大系数增大,计算出的坝顶动位移有所增大,而坝顶动加速度反应却呈现降低趋势;建基面部位地震动应力反应有所增大;坝头部位的地震动应力反应有所降低;坝头部位以下的上、下游坝面地震动应力有所增大。结论为工程设计人员利用新抗震规范对重力坝进行抗震安全性评价提供了参考。

阿海水电站厂房坝段地震破坏试验研究

采用和混凝土力学性能相似的仿真混凝土材料,结合振动台试验技术,对模型进行合理设计。采用逐级加载方法,研究阿海碾压混凝土重力坝厂房坝段在地震荷载作用下的动力破坏发展过程及地震破坏形态。试验结果表明:引水管和坝体相交的坝头部位是厂房坝段的抗震薄弱部位;大坝开裂后坝体的整体刚度迅速下降,可以结合坝体基频、残余应变的变化以及对坝体表面宏观裂缝的观察,综合分析大坝的损伤破坏过程。试验结果为工程设计人员进行大坝抗震设计提供了参考。

碾压混凝土重力坝动力模型破坏试验研究

采用仿真混凝土材料研究碾压混凝土重力坝不同坝段模型在地震荷载作用下的破坏特征。通过施加不同的地震波,研究各种坝段的动力特性,并在此基础上进行了大坝的超载破坏试验,分析研究了重力坝各坝段的极限承载力和变形破坏机理,对比评价各坝段的抗震性能。试验结果表明,各坝段均首先在坝头部位发生开裂损伤,随着输入地震动加速度的逐级增加,不同坝段出现破坏的部位和破坏程度有所变化。试验结果为工程设计和全面定量评价重力坝各坝段的抗震性能提供重要依据。

基于响应面法的拱坝地震易损性分析

基于响应面法建立了一种高效的拱坝地震易损性分析方法。考虑混凝土拱坝材料以及地震动的不确定性,按照中心复合试验设计方法建立材料-地震动样本,采用Abaqus有限元分析软件建立拱坝有限元模型并对样本进行非线性动力时程计算,然后以拱冠位移为性能指标建立响应面模型。采用拉丁超立方抽样法从响应面模型中抽样,建立概率地震需求模型,从而获得地震易损性曲线,为基于性能的拱坝抗震安全评价提供理论依据。分析结果表明:所建立的拱坝响应面模型精度较高,基于响应面法的拱坝地震易损性分析方法比传统的蒙特卡罗模拟法具有更高的效率。

横缝灌浆高度对重力坝地震反应影响的研究

采用动力时程分析法计算了龙开口碾压混凝土重力坝挡水坝段在不同横缝灌浆高度下的动力反应,通过对12种计算工况的地震反应分析,得出了以下结论:随灌浆高度的增加,坝体由横河向振动变为顺河向振动;灌浆达到一定高度时,坝体的基频不再变化;灌浆高度对坝体下部的动力反应影响较大,对上部影响较小;坝踵应力受坝体基频影响较大等,为设计者提供了参考依据。

微型FBG应变传感器在大坝模型实验中的应用

为了对大坝的地震安全性能进行准确可行的评价,在大坝模型实验中应用了自行开发的微型光纤光栅(fiber bragg grating,简称FBG)应变传感器。通过分析FBG应变传感器在每级地震作用下产生的残余应变、峰值应变,得到大坝的内部变形和裂缝发展情况,进而对大坝的地震安全性能进行评价。实验结果表明,该传感器能够及时准确地监测大坝模型在地震荷载作用下内部混凝土变形以及开裂情况,对结构的损伤进行识别和预警。通过对比有筋坝段和无筋坝段的变形和开裂情况得知,在模型的薄弱位置布设钢筋可以有效抑制裂缝的产生以及发展,提高大坝的抗震性能。

裂纹面受荷载作用的应力强度因子的计算

基于比例边界有限元法计算了裂纹面有荷载作用情况下裂纹尖端的应力强度因子,给出了有限介质裂纹面作用荷载的比例边界有限元方程的基本求解过程。对于随径向坐标任意变化的一类面荷载的积分能够显式计算,不需要引入额外的近似;并将计算结果与解析解和数值结果进行对比,结果表明比例边界有限元法在计算裂纹面作用荷载时的应力强度因子是有效且精确的。此外,该方法可方便地处理各向异性材料裂纹问题,本文给出了正交各向异性矩形盘裂纹面受均布荷载情况的应力强度因子。

基于贝叶斯理论的大坝体系可靠度计算方法

提出了大坝体系可靠度的改进计算方法.首先,通过响应面法拟合极限状态函数,进而通过JC法求出大坝单元的失效概率.然后,通过设定失效模式,以复合极限状态函数为准则,搜索出相应的失效路径;基于贝叶斯公式和Cauchy-Schwarz不等式,通过推导得出大坝以某种失效模式失效时的失效概率的上限,从而得出大坝整个体系的可靠度.最后,结合规范,施加地震荷载、静水压力和动水压力进行了实例验证,并对各种荷载进行了敏感性分析.结果表明,与常规求解大坝体系可靠度方法相比,其优点为考虑了多条失效路径,使用的为其失效概率的上限,计算偏于保守.