考虑无限地基辐射阻尼的拱坝随机地震响应规律性研究

论文摘要

高拱坝的抗震安全性问题意义重大,是众多学者一直关注和积极探索的课题。目前,拱坝的抗震设计都是以确定性分析为主,没有考虑其中存在的随机因素,包括地震动的随机性和结构特性的随机性。对于地震动而言,即使是同一峰值加速度的设计地震,由于输入的地震时程不同,计算的结果也可能差异很大,因此在拱坝的抗震计算中,必须考虑地震动的随机性,以便更好的进行拱坝的安全设计。吴健将考虑无限地基辐射阻尼的拱坝-地基动力相互作用有限元-边界元-无限边界元（FE-BE-IBE）时域耦合模型与虚拟激励法相结合,发展了一种可用于实际工程问题的拱坝随机振动分析模型,并已经应用到溪洛渡拱坝的随机分析中。本文在学习该拱坝随机振动分析模型的基础上,通过对大岗山和白鹤滩两座拱坝的随机动力响应计算,系统研究了在均匀输入条件下和多点激励条件下拱坝的随机地震动力响应规律,分析了均匀输入下三向地震空间相关性对拱坝随机动力响应的影响,以及多点激励下局部场地效应、行波效应和部分相干效应对拱坝随机动力响应的影响,同时研究了拟静力在随机动力响应中的影响因素。研究发现,在多点激励随机地震激励下的拱坝随机动力响应与均匀随机振动相比有比较大差异,这表明地震动的空间效应对拱坝的随机动力响应的影响至关重要,在拱坝的随机分析中必须予以考虑;拟静力在多点激励中的影响随地震波波速和空间相干性的减小而增大。最后,论文将拱坝在随机地震作用下的随机动力响应和确定性的静力作用叠加起来,对拱坝动静叠加后的安全概率进行了初步的探讨,得到了一些有益的结论。在数值算法方面,论文将振荡函数的精细直接积分法应用于多点激励下的拱坝随机分析程序中,提高了多点激励下拱坝随机分析程序的计算效率。通过对溪洛渡拱坝算例的计算,比较了多点激励下振荡函数的精细直接积分法和Cotes精细直接积分法的计算效率,证明了在随机计算中,振荡函数的精细直接积分法确实具有高的计算效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.2 随机振动
• 1.2.1 随机地震动模型
• 1.2.2 随机振动分析方法
• 1.3 多点激励下结构响应中拟静力影响
• 1.4 坝体与无限地基动力相互作用
• 1.5 本文主要工作
• 第2章 考虑无限地基辐射阻尼的拱坝随机振动分析模型
• 2.1 程序介绍
• 2.2 随机模型基本原理
• 2.2.1 无限地基数值模型
• 2.2.2 虚拟激励法基本原理
• 2.2.3 精细直接积分法基本原理
• 2.2.4 考虑无限地基辐射阻尼的拱坝随机振动分析模型
• 2.2.5 响应方差到最值均值的转换
• 2.3 Monte-Carlo 随机模拟方法
• 2.3.1 单条地震动时程的生成
• 2.3.2 地震动场的生成
• 2.3.3 功率谱与反应谱的转换
• 2.3.4 功率谱模型
• 2.3.5 数据的统计分析
• 2.4 动静叠加原理
• 2.5 本章小结
• 第3章 振荡函数精细直接积分法应用于多点激励拱坝随机分析的程序实现和算例验证
• 3.1 多点激励拱坝随机分析程序的改进
• 3.2 振荡函数精细直接积分法和Cotes 精细直接积分法的比较
• 3.2.1 算例1
• 3.2.2 算例2
• 3.3 本章小结
• 第4章 拱坝随机动力响应规律性研究
• 4.1 Monte-Carlo 方法与随机方法结果的对比
• 4.1.1 均匀单向输入下反应结果的对比
• 4.1.2 均匀多向输入下反应结果的对比
• 4.1.3 多点激励考虑局部场地效应的反应结果对比
• 4.1.4 多点激励考虑行波效应的反应结果对比
• 4.1.5 多点激励考虑相干效应的反应结果对比
• 4.1.6 小结
• 4.2 均匀输入条件下拱坝的随机响应规律
• 4.2.1 拱坝均匀单向随机振动规律
• 4.2.2 拱坝均匀多向随机振动规律
• 4.3 拱坝多点激励随机响应规律
• 4.3.1 考虑局部场地效应下随机振动规律
• 4.3.2 考虑行波效应下随机振动规律
• 4.3.3 考虑空间相干效应下随机振动规律
• 4.4 多点激励下拱坝随机响应下的拟静力影响
• 4.4.1 行波效应对拟静力的影响
• 4.4.2 相干效应对拟静力的影响
• 4.4.3 拱坝刚度对拟静力的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 动静叠加后的拱坝随机响应
• 5.1 混凝土动态抗拉强度的确定
• 5.2 算例1（溪洛渡拱坝）
• 5.3 算例2（大岗山拱坝）
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果