混凝土动态弹性模量对重力坝地震反应的影响分析

《混凝土动态弹性模量对重力坝地震反应的影响分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第1o卷第2期中国水利水电科学研究院学报v。1．10No．22O12年6月JoumalofChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearchJune，2O12文章编号：1672—3031(2012)02—0081-05混凝土动态弹性模量对重力坝地震反应的影响分析李德玉，陈厚群(中国水利水电科学研究院5t2程抗震研究中心，北京100048)摘要：现行水工抗震规范中规定，大坝混凝土动态弹性模量在静态弹性模量基础上提高30％。这一规定体现的是混凝土瞬时模量与持续模量的差异，而非加载速率的影响。根据国内相

2、关混凝土坝设计规范，持续模量约为瞬时模量的O．67倍，亦即瞬时模量可较持续模量提高50％。本文结合不同高度的重力坝，从大坝自振特性、动位移、动应力及静动综合应力诸方面进行比较分析，论证两种动态弹性模量取值的影响。结果表明：坝体动态弹性模量提高率从30％增至50％后，对重力坝动力特性及地震反应的影响很小。关键词：重力坝；动态弹性模量；动力特性；地震反应中图分类号：TV642．3文献标识码：A1研究背景大坝混凝土动态弹性模量是影响重力坝动力特性及地震反应的重要参数。现行《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073—2000)中规定，混凝土动态弹性模量(瞬时

3、模量)在静态弹性模量(持续模量)基础上提高30％。国内外近期进行的全级配大坝混凝土的试验成果表明，加载速率对混凝土弹性模量的影响远不如对混凝土强度的影响显著，可以忽略不计。因此，上述规定体现的是混凝土瞬时模量与持续模量的差异，而非加载速率的影响。另外，根据国内相关混凝土坝设计规范，大坝混凝土持续模量约为瞬时模量的O．67倍，亦即混凝土动态弹性模量应在静态弹性模量基础上提高50％。本文根据文献[4]给出的不同高度的重力坝剖面，采用重力坝抗震设计的基本分析方法一材料力学法进行动力分析，从坝体自振特性、动位移和动应力等方面综合论证坝体混凝土动态弹性模量不

4、同取值对大坝动力特性及地震反应的影响。2计算方法及条件应用重力坝专用分析程序GDAP进行计算。采用基于振型分解反应谱法的材料力学法进行地震反应计算，计人前6阶振型的影响。反应谱采用现行抗震规范规定的设计反应谱，其特征周期为0．2s，反应谱最大值为2．0。库水影响按韦斯特伽德(Westergaard)附加质量法计入。地基岩体对重力坝自振特性及地震反应的影响巨大，在抗震设计计算中必须计入。本文采用不计岩体质量的伏格特(Vogt)地基计入其弹性影响。地震作用计入水平向和竖向同时作用。分别计算基岩峰值加速度相应于7、8、9度地震时的水平向0．1g、0．2g

5、、0．4g，竖向0．067g、0．133g、0．267g。针对坝体混凝土动态弹性模量较静态弹性模量提高30％(方案1)和50％(方案2)的两种方案，进行计算和对比分析。基岩岩体的动态变形模量取静态值。表1为计算采用的、文献[4]给出的各重力坝剖面特性参数。收稿13期：2011-05—03基金项目：水利部公益性行业专项项目(200901054)；中国水利水电科学研究院科研专项作者简介：李德玉(1962一)，河北霸州人，教授级高级工程师，主要从事水工结构抗震研究。E-mail：lideyu@iwhr．corn一81—混凝土动态弹性模量对重力坝地震反应的

6、影响分析李德玉陈厚群表1重力坝剖面几何特性及材料属性3计算成果及比较分析3．1自振频率及振型参与系数表2和表3分别列出了方案1、方案2各重力坝的前5阶自振频率和振型参与系数。比较可见：(1)坝体混凝土动弹性模量提高50％的大坝自振频率较提高30％时略有增加。基频增幅不超过4％，第5阶频率增幅稍大，约为7％，说明坝体弹性模量提高对高阶振型频率的影响相对稍大；(2)总体上，坝体弹性模量提高后，除第3阶振型外，各阶振型的水平向振型参与系数有不同程度的降低。对坝体下部动应力贡献较大的第1振型的参与系数变化很小，而对坝体上部动应力贡献较大的第2振型降幅较大，

7、介于21％～48％之间，且随坝高增加降幅逐渐增大。坝体弹性模量提高后各阶振型竖向振型参与系数总体上变化不大。表2方案1的大坝自振频率及振型参与系数表3方案2的大坝自振频率及振型参与系数振动体系的某振型的振型参与系数与振型位移及质量分布相关，表征该振型对大坝动力反应的贡献，其值越大，该振型对大坝地震反应的贡献越大。与坝体动弹性模量提高30％相比，坝体动弹性模量提高50％后，坝体弹性模量与基岩变模的比值增大，致使振型位移分布发生变化，尤其是坝体中下部的振型位移分布变化更大(图1所示)，而大坝质量分布未变，从而导致振型参与系数的变化。应该指出的是，当假定

8、地基为刚性地基时，坝体动弹性模量的改变仅仅引起大坝自振频率的变化，不会导致振型位移分布及其振型参与系数的改变。3．2加速度