加强水库大坝的建设是水资源合理配置、防洪抗灾、水环境保护等的必然选择,而我国位于几大板块夹持之中、是一个多地震国家的基本国情更是让大坝抗震成为加强大坝建设中的重中之重。在强震作用下,大坝的抗震关系到广大群众的生命财产安全,因此对重力坝抗震设计计算方法的研究具有重大现实意义。本文结合白濑碾压混凝土重力坝工程实例,应用有限元振型分解反应谱法和时程分析法探讨在7度地震下典型坝段的动力响应及其分布规律,并在现有理论基础上对振型分解反应谱法中的静动应力叠加方法进行改进。同时,利用悬臂梁振型分解反应谱法进行静、动力计算,并用有限元法等效应力结果来验证悬臂梁法的可靠性。主要做了下列研究工作:1.简要介绍了有限元的基本思想原理,重点阐述在重力坝抗震设计中应用振型分解反应谱法和时程分析法进行动力特性分析的重要理论,并详细推导了两种方法的计算公式和求解步骤,为论文的计算分析提供理论支撑。2.在有限元振型分解反应谱法计算中,和课题组共同研发出一种新的应力组合原则来进行静动应力叠加,即动应力取振型叠加应力同向或反向与静应力叠加的应力叠加原则。并将结果与工程界常用的“受拉最不利组合原则”进行对比,利用时程分析法来验证,证明本文所改进的应力组合方法更为合理。同时,还对扬压力计算提出了简化算法,利用增加单元高斯点数目、只计算自由面以下高斯点浮托力的算法,使坝基扬压力精简计算的同时也有足够精度等同于传统算法。3.利用Fortran语言自行编写相关程序,分析坝体动力特性,获取自振频率、周期和各阶振型,并完成典型坝段在7度地震下的静、动力计算工作。静力计算时采用材料力学悬臂梁法、有限元法两种方法,动力计算时采用悬臂梁法、有限元振型分解反应谱法和时程分析法三种方法进行计算。通过多种方法计算结果相互验证,对白濑碾压混凝土重力坝抗震安全进行评价。4.介绍本课题组开发的材料力学法悬臂梁抗震计算原理和程序,以及该程序独特的悬臂梁材料分区规则。采用悬臂梁法对白濑碾压混凝土重力坝进行抗震安全评价,并采用有限元子结构法等效应力验证了悬臂梁法的可靠性。最终对比结果表明坝面应力分布变化规律基本相同,上、下游面计算结果吻合良好,满足规范要求且具有较大安全裕度。这证明7度地震作用下,使用悬臂梁法进行挡水坝段计算在精度上与有限元法是等价的,既简化了算法,也满足了精度要求。