砂砾石地基上混凝土重力坝地震荷载计算

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1、·42·水利水电工程设计DWRHE·2010年第29卷第3期砂砾石地基上混凝土重力坝地震荷载计算朱凤娟摘要地震作用是强震区混凝土重力坝抗滑稳定分析的重要荷载之一。采用振型分解反应谱法，通过多方案的地震荷载计算，分析了砂砾石地基上混凝土重力坝，坝基无桩、有桩和计及地基深度对动力计算的影响，提出切合实际的计算方法和结果。关键词砂砾石地基重力坝地震荷载杜伯华水电站中图分类号TV222文献标识码B文章编号1007—6980(2010)03—0042—03修建在强震区砂砾石地基上的重力坝，地震作用是抗滑稳定分析

2、的重要荷载之一。杜伯华坝址地震基本烈度相当于8．5度，根据我国《水工建筑物抗震设计规范》规定，大坝抗震计算应采用动力法，对于坝高小于50m的低坝，动力分析可采用振型分析反应谱法。Ol3_O7s1基本资料图1设计反应谱杜伯华水电站堰(坝)为砂砾石地基上混凝土重2计算程序及原理力坝，最大坝高48．5m，河床复盖层厚度大于60m。基本地震(OBE)水平加速度为0．30g，最大可本计算遵循EM1110—2—2200重力坝设计第5信地震(MCE)水平加速度为0．50g。地震烈度为8章动力分析的原则。抗震设计的动

3、力分析采用振型度和9度时，对应的水平地震加速度分别为0．20g分解反应谱法。和0．40g，所以当计算基本地震(OBE)时填写地震使用国际上通用的SAP5程序的微机版计算。烈度为8度，水平地震组合系数为1．5，垂直地震动力分析采用子空间迭代法，求出结构的自然组合系数为1．5／2，即满足要求。频率和振型，以特征向量为基础，求地震反应谱的结合大坝基础处理方案，地震荷载计算考虑有响应，按平方和开方(sRss)组合，求得地震响应位桩和无桩两种情况。大坝混凝土强度级别为A级，移和地震内力。相当于C20，弹性模量为

4、25．5GPa，剪切模量为求解广义特征值公式如下：KX=Mx10．625GPa。砂砾石地基弹性模量为300MPa，剪切模量为125MPa。砂砾石和桩的复合地基弹性模式中K——Ⅳ阶刚度矩阵，Ⅳ是结构的总自由度；量为1500MPa，剪切模量为625MPa。——迭代向量；因本工程地基是软基，故场地土类别为Ⅱ型。——Ⅳ阶质量矩阵；设计反应谱曲线见图1。这是抗震设计中所采——自然圆频率的平方。子空间迭代法是求解方程的前P个特征值，用的一定阻尼比的单质点体系在地震作用下的最大⋯加速度反应随体系自振周期变化的曲线，

5、图中特征，，和相应的特征向量，，⋯，。周期T=0．3S，卢一=2．25，阻尼比0．05。子空间迭代法是由3个步骤来完成的。(1)建立q个起始迭代向量X={，：，⋯，设计反应谱的最大值与结构阻尼值有关，根据国内外实测阻尼数据，强震时阻尼值增大，而}，(9>P)形成子空间E。。动力效应降低。(2)对P个向量用同时逆迭代来求出最好的P对于坝高小于50In的低坝，采用阻尼比5％，个特征值和特征向量。取2．25，是安全的，也是合适的。(3)在迭代收敛后，用Sturm序列校核来证实朱凤娟·砂砾石地基上混凝土重力坝

6、地震荷载计算B2／22／2．I图3组合截面示意1，3，4，6，7振型为水平向振型，以1，3，4振型作水平向动力响应，第2，5振型为垂直向振型，以这两振型作垂直向动力响应；而当坝体在1170．5Ill处或1165．5m处固定时，第1，3，5，6，7振型为水平向振型，以1，3，5振型作水平向动力响应，第2，4振型为垂直向振型，以这两振型作垂直向动力响应。1170．5m处固定方案归一化处理后的振型曲线见图4。12240T．刮土l2180l2137图2悬臂梁集中质量体系地震作用组合伪位移响应法有两种方法，一种

7、l2070是平方和开方组合的SRSS法，另一种是完全平方12020l1980组合的CQC法。按SRSS法组合计算，还对各方案11925进行了多方向构成的CQC组合计算，其结果与SRSS组合方法计算很接近，故按SRSS法组合计算l1865能够满足要求。l1815117553溢流坝段动力计算1173O，l1705千●．}十水平振型垂直振型3．1计算断面及单元划分溢流坝段总高度为48．5m，坝段宽为12．0m，图4振型曲线闸墩宽为6．0m，堰顶到坝基高度为43．5m，底孔溢流坝段的各方案地震频率、周期及地震

8、惯性尺寸为6m×6m(宽×高)。堰顶以上闸墩分1个单力汇总表见表1。表中无桩砂砾石地基弹模E=元，堰顶以下坝体连闸墩分8个单元。为了研究砂300MPa，有桩复合地基弹模E=1500MPa。砾石坝基无桩、有桩和计及地基深度对动力计算的分析表1成果，方案1由于未计人地基影响，影响，共计算5个方案。组合截面示意图见图3，故地震惯性力较小，与考虑地基影响相比，小面积和惯性矩计算公式见下式。30％～35％。方案2和方案3虽然基础嵌入深度不分块面积计算公式：S=B同