考虑土—结构相互作用的混凝土重力坝地震响应分析

作     者：杨鹏辉 

作者单位：黑龙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨旭

授予年度：2024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：重力坝 土-结构相互作用 流固耦合 地震响应 

摘      要：地震几乎是人类面临的严重的自然灾害之一,因为地震不仅有着严重的破坏性,同时还存在时域、频域上的随机性、难以预测性。我国处在印度洋板块与平洋板块的交界处,是世界上地震发生频率最高,发生次数最多的国家之一,因此建筑结构的地震响应分析以及抗震设计极为重要。 在我国现行的抗震规范中,土-结构相互作用效应往往不被考虑,而在实际地震作用下,土-结构相互作用真实存在且在特定情况下难以忽视。为了研究土结构相互作用效应对于地震响应分析的实际作用,精确地震作用下结构体系的真实响应,本文以混凝土重力坝为研究对象从广义土-结构相互作用理论入手,投射到混凝土重力坝上,展开对于混凝土重力坝坝体-地基相互作用模型以及坝体-地基-水库相互作用模型的地震响应分析。在土-结构相互作用理论认证中利用Newmark法以及相关改良方法通过动力平衡响应方程,推导了人工边界、弹簧阻尼等理论,并实现了人工地震波的合成以及输入。基于混凝土重力坝实体工程概况,本文利用大型通用软件ANSYS将实际工程案例进行三维有限元模型建立并进行离散处理,通过理论推导以及ANSYS的计算验证,证实了粘弹性地基的可行性,并利用粘弹性地基建立三维坝体-地基相互作用模型以及刚性地基模型,采用时程分析法,对两种情况下的重力坝进行动力特性分析,得出相互作用体系的自振变化规律;再以附加质量法以及流固耦合法为理论基础,对坝体-库水-地基模型进行三维建模,通过经典地震波输入对混凝土重力坝进行地震响应分析,得出地震作用下坝体-地基-库水相互作用下的应力应变特性,结果表明考虑坝体-地基-库水相互作用可使计算结果更加准确合理,对实际工程抗震设计具有一定的参考价值。