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重力坝的抗震分析是重力坝安全评价的重要内容。本文在系统研究了结构动力分析理论,有限元动力分析理论,流固耦合理论、结构一地基相互作用以及局部人工边界理论的基础上,基于著名的动力分析有限元软件ADINA建立了重力坝坝库相互作用的有限元模型,实现了重力坝一地基一库水的耦合求解,并研究了结构一地基动力相互作用问题,开发出实现黏弹性人工边界的弹簧阻尼单元,可以模拟无限地基中结构的地震反应,并研究了重力坝中的地震波输入和地震波拟合的问题。具体内容如下:
1.深入研究了结构动力分析有限元基本理论、结构动力响应的分析方法,其中主要介绍了模态叠加法、反应谱法和逐步积分法,并研究了其在ADINA中的具体实现方法。利用ADINA研究了重力坝的自振特性和在地震作用下的一些规律性。
2.建立了重力坝坝库相互作用的有限元模型,进行了ADINA中流固耦合解与Westergaard关于刚性坝面上动水压力的解的比较分析,研究了ADINA所提供的欧拉-a法(Euler a-method)和ADINA交错迭代法两种迭代算法,同时还研究了重力波、水库长度和水体的可压缩性对动水压力的影响,很好的实现了重力坝一地基一库水的耦合求解,使有限元模型的计算结果更符合实际。
3.研究了各种人工边界理论并在ADINA中实现了黏弹性人工边界,通过两个典型算例,比较了黏性人工边界、黏弹性人工边界对计算精度的影响,算例说明黏弹性人工边界比黏性边界具有更好的稳定性和精度。并研究了地震波的合成方法以及地震波在黏弹性人工边界的输入方法,通过边界力法成功实现了ADINA中地震波的输入,并将其运用到阿海重力坝动力分析中。
4.有限元数值模拟是研究重力坝结构性能与动力特性等的重要手段之一。本文基于动力有限元分析软件ADINA对阿海重力坝的典型坝段和三维模型进行了动力分析,基于二维模型和三维模型详细分析了重力坝的自振特性以及动位移和动应力的分布情况。并对成果进行了整理,所得出的规律性合理,可以为工程设计提供参考。