高拱坝动力模型破坏试验的数值补充分析

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为缓解能源危机,改善能源结构,我国大力开发水能资源,在西南部地震高发区建设有很多水利工程,高坝的抗震问题需要特别关注。动力模型试验是研究高坝地震反应的重要手段,但是受到模型材料以及振动台尺寸、工作范围等试验条件的限制,试验模型与真实结构存在着很大的差异,试验结果与真实结构反应间存在一定的误差。本文针对振动台试验的不足,使用数值模拟计算方法对试验结果进行补充分析。首先,在通过振动台模型试验研究高拱坝抗震性能时,一般地震波的卓越频率往往超过了振动台的有效工作范围,通常选择谐波作为试验输入激振波。为探讨这种简化方式对于高拱坝动力模型破坏试验结果的影响,本文采用数值计算方法对试验进行了补充分析。建立与试验模型相应的有限元数值模型,先施加与试验相同的谐波荷载,将计算结果与试验结果相比较以验证数值方法的有效性。再用规范谱人工波替换谐波进行计算。通过比较不同工况下的计算结果,发现不同地震动输入条件下,模型损伤区域的形状存在差异,但是破坏位置相差不大,说明这种替代方式具有一定的合理性。其次,通过数值方法模拟带横缝拱坝地震波作用下的损伤发展情况,通过比较不同键槽形式模型的损伤分布规律,对试验中键槽模拟效果进行了评价,发现试验中键槽模拟效果较好。结合试验和数值计算结果,对比设置横缝前后坝体损伤破坏的情况,发现横缝设置有利于降低坝肩的损伤程度,而使横缝下部坝基交界处更容易发生破坏。最后,将试验结果向原型推广。建立与原型坝对应的有限元模型,进行相应的地震作用损伤分析。将原型计算结果与模型坝的结果进行对比分析,通过比较可以看到,由于两者边界条件存在差异,损伤扩展方式不完全相同,但是破坏的位置基本一致。总的来说,模型试验能够较好地反映真实结构的破坏模式,数值补充分析对于修正试验偏差也具有一定的作用。
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