基于ANSYS的重力坝地震动力有限元分析.pdf

1 1
1
第 27 卷第 1 期华北水利水电学院学报 Vol 27 No 1
2006 年 2 月 Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power Feb 2006
文章编号:1002 - 5634(2006) 01 - 0021 - 03
基于 ANSYS 的重力坝地震动力有限元分析
汪家正, 阎贵平
(北京交通大学, 北京 100044)
摘要:对某混凝土重力坝进行了二维和三维静力分析,三维有限元实体单元模型分析结果为应变小、拉力
小、压力大,而二维有限元应变单元模型分析结果为应变大、拉力大、压力小. 采用响应谱方法和三维实体模型
分析了重力坝的动力特性和地震响应,最大地震动位移出现在坝顶上游侧,坝体的轴向中心附近处出现过大
的应力集中,坝体轴向中心顶部的扭转变形以及静水压力作用对水平动位移和竖向动位移也有影响.
关键词:重力坝;有限元方法;静水压力;动力特性;地震响应谱
中图分类号:TV642. 3 ; TV698. 1 + 3 文献标识码:A
碾压混凝土坝水泥用量省,施工速度快,在水利 1. 2 基于 ANSYS 谱分析的地震动力响应分析
水电工程中被大量采用. 因碾压混凝土坝多数处于建模和位移边界条件与三维静力分析过程一
地震活动区内,所以要考虑大坝的抗震问题. 开展碾致,然后进行模态分析,采用振型叠加法进行结构动
压混凝土坝的抗震研究,具有十分重要的意义. 力分析,振型组合采用“SRSS”规则,计算考虑前 10
结合广西境内某大型碾压混凝土坝, 并基于阶振型.
ANSYS 有限元分析方法来探讨大坝结构的二维静根据水工建筑抗震设计规范推荐的标准反应
力分析、三维静力分析以及三维地震响应分析. 大坝谱[4 ] ,对于重力坝,反应谱代表值、阻尼比和主震周
主要建筑物为一级建筑物,坝址区基本地震烈度 7 期分别为βmax = 2. 0 ,ζ= 0. 05 , T0 = 0. 2 s ,其中反应
度,设计地震烈度采用 8 度[1 ] . 谱β表达式为
β= 10 T + 1 , 0 < T ≤0. 1
坝体设计参数及分析方法[1 - 3 ]
1 β= 2 , 0. 1 < T ≤0. 4
某混凝土重力坝, 坝高 190. 5 m , 上游水深β= (0. 2/ T) 0. 9 × 2 , 0. 4 < T ≤3
185. 0 m. 坝体混凝土弹性模量为 20. 0 GPa ,泊松比
2 基于平面应变的二维静力分析与三
为0. 167 ,松散密度为 24. 0 kN/ m3 ;基岩的弹性模量
为16. 0 GPa ,泊松比为 0. 25 ,松散密度为25. 0 kN/ m3. 维静力分析对比
1. 1 基于 ANSYS 的静力分析图 1 为平面应变单元 plane42 ,经过四边形网格
二维静力分析采用平面应变单元 plane42 ,选用划分,上游坝体考虑静力水压作用, 再加载线性变
四边形网格划分,考虑静水压力作用,按线性线荷载化线荷载以及坝体重力荷载,坝底线为固定端. 图 2
布置,边界条件取坝底线为固定端;三维静力分析取为选用 1/