斜入射地震动下拱坝抗震安全分析及加固措施研究

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目前,我国西南地区已建成一批双曲拱坝。但由于我国西南地区强震带较多,在强震作用下,坝体极易发生破坏。更为严重的是,它将威胁下游人民的生命安全,严重影响正常运行,同时也带来不可估量的次生灾害。因此,有必要研究拱坝的地震反应,提高其抗震性能。以白鹤滩水电站拱坝结构为例,利用有限元软件进行了斜入射地震反应规律分析,并对抗震加固措施进行了评价,具体工作如下:(1)在粘弹性人工边界的基础上,针对不同边界面的波场情况,考虑不同地震波的时间延迟,将入射波、反射波和衍生反射波产生的位移、速度和应力分别进行矢量叠加,得到边界面处的自由场位移、速度和应力,进而得到了黏弹性人工边界的节点上的等效节点力,实现了基于黏弹性人工边界的拱坝-地基系统的地震波三维斜入射输入。以此为依据应用MATLAB软件,编制了相应的MATLAB程序来实现黏弹性人工边界和等效节点力的批量施加。进行了平面SV波以及P波三维斜入射下的数值模拟验证,基于正方体地基地表中心点的位移数值解,与理论解进行对比分析,验证了所编制的三维斜入射地震动输入方法的精确性和合理性。(2)针对白鹤滩水电站拱坝结构,选取了一条合适的地震动,通过有限元方法建立了拱坝的模型,运用所编制的三维地震动输入方法开展了平面SV波、平面SH波以及P波斜入射下的三维地震动拱坝地震响应研究,在0°到30°的范围内,坝体的最大主拉应力和最大主压应力,拱向、径向以及梁向变形随着入射角度的增大呈现先减小后增大的趋势,坝体的横缝开度随着入射角度的增大呈现逐渐增大的趋势。通过以上可以分析得出三向地震动斜入射下坝体的响应规律及最不利入射角度,实际工程中拱坝的抗震安全评价可以以此为参考。(3)针对提出的拱坝抗震加固措施,本文采用拱坝上下游面加拱向和梁向配筋的方式,以提高拱坝的抗震性能。对比分析了加筋和未加筋拱坝在不同工况下的动力响应。通过对拱坝的震后变形、开度和应力的对比分析,得出加固后拱坝的地震反应减小,坝体在大角度入射时的主拉应力降低的结论,结果表明加固对提高拱坝的抗震效果是非常有效的,验证了加固对提高大坝安全性的必要性。
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