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近年来,随着我国综合国力的增加,国家对水资源开发利用程度不断提高,已建或待建的混凝土重力坝分布在我国各个地区。由于我国位于欧亚地震带和环太平洋地震带之间,受太平洋板块和印度洋板块的挤压,地震频繁发生,在复杂多变的条件下,分析混凝土重力坝能否抵抗地震的作用尤显必要,因此,研究地震动作用下的混凝土重力坝动力响应对重力坝的安全运行具有非常重要的工程现实意义。 本文根据重力坝的发展现状及有限单元法动力分析的基本理论和数值计算方法,基于黏弹性人工边界理论和时域整体分析法,利用大型有限元软件ANSYS建立新丰满混凝重力坝挡水坝段三维实体模型,并对其进行动力分析,主要研究内容及结论如下: (1)基于ANSYS平台的APDL语言,编制了平面SV波斜入射作用下的自由场等效地震节点荷载命令流,从无限域中截取有限域长方体数值模型,验证了平面SV波入射角度和ANSYS软件数值云图中入射角度的一致性,证明了脉冲荷载从长方体底面入射到达自由面时其位移波动幅值扩大二倍,本文采用黏弹性人工边界及等效荷载的方法具有较高的精度。 (2)依托新丰满水电站重力坝挡水坝段进行地震动力响应分析。计算中坝体结构采用弹塑性本构模型,地基采用线弹性本构模型,考虑坝体自重、静水压力、泥沙压力、动水压力等荷载作用。根据特征周期和峰值加速度等参数,采用三角级数法拟合新丰满水电站重力坝挡水坝段的人工地震动,首次研究了平面SV波斜入射情况下重力坝关键部位的地震动力响应规律。计算结果表明:相比平面SV波垂直入射,平面SV波斜入射显著改变了坝体关键部位的位移和应力,对坝体造成的破坏远大于其垂直入射的情况,在实际工程设计中应引起重视。 (3)利用C语言编写的水工抗震标准规范谱软件,生成新丰满水电站频谱数据,导入美国太平洋地震工程研究中心强震数据库,从中下载100条实际监测的地震动。实测地震动通过Seismoarti软件进行归一化处理,筛选出符合地震动峰值加速度和峰值位移相近,峰值速度不同的三条地震动。依据地震动等效荷载施加的方法,首次研究了地震动峰值速度对重力坝地震响应的影响。计算结果表明:随着地震动峰值速度的增加,坝体关键部位最大顺河向位移和竖直向位移呈现出逐渐增加的趋势;坝趾处和坝踵处应力对地震动峰值速度的变化较为敏感。 (4)研究了地震动峰值加速度对重力坝关键部位的位移和应力的影响,分析了坝体关键部位在同一烈度作用下的位移及应力变化规律,结果表明坝体关键部位的位移和应力对地震动峰值速度的敏感程度大于地震动峰值加速度。