考虑地震波斜入射作用的坝后式厂房动力损伤分析

作     者：王洋洋 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：景月岭;宋新江

授予年度：2019年

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：地震波斜入射 弹性损伤模型 坝后式厂房 二次开发 粘弹性边界 

摘      要：近年来,我国大型水电项目建设场址多处于西南地震带上,水电站的抗震设防一直是所有水电项目优先考虑并解决的问题。在抗震计算时必须考虑半无限地基的辐射阻尼效应和地震波的行波效应。考虑这两点的传统做法是采用地震波从基础底部垂直入射的方式来校核结构的动力响应。对于远场地震动来说这一假设是合理的,但是对于震源距离场址较近的地震波,其入射角度对结构动力响应的影响不可忽略。本文采用粘弹性边界模拟半无限地基,根据柱面波理论,简单推导了平面内法向和平面内切向粘弹性边界的力学参数,并且把斜入射地震波转化为等效节点力的形式施加在粘弹性边界上。同时,为了考虑坝后式厂房在斜入射地震波作用下的动力损伤,采用混凝土弹性损伤模型来描述混凝土在动力荷载下的应力应变关系,并通过APDL语言二次开发把此本构关系嵌入地震波斜入射程序中。依托已建成的龙开口水电站工程实例,基于ANSYS平台建立了龙开口水电站非溢流坝段的整体有限元模型。先对该有限元模型进行弹性分析,经过结构弹性动力分析可知,厂坝整体模型的坝后式厂房上下游墙是应力和位移的控制区,对此部位的分析采用混凝土弹性损伤模型,有限元模型其余部位按弹性计算。经过计算分析后得到如下结论:(1)坝后式厂房上下游墙在P、SV波斜入射作用下与垂直入射作用下得到的变形和应力有较大不同。(2)SV波入射角度越大,上下游墙体水平向位移幅值越小,竖直向位移幅值越大;P波入射角度越大,上下游墙体水平向位移幅值越大,竖直向位移幅值越小。(3)P、SV波斜入射作用下坝后式厂房上下游墙的损伤部位集中于上游墙体的墙底和高程为1260.4m处,以及下游墙体的墙底部位。(4)在上游墙高程1260.4m部位由于出现混凝土损伤单元,所以这个部位的动应力幅值出现突然增大现象。(5)P、SV波的传播方向对坝后式厂房的动力响应有一定影响。本文的研究结论证实了考虑地震波斜入射作用的必要性和可行性,可为我国的坝后式水电站厂房抗震分析提供一定理论参考。