基于黏弹性人工边界的拱坝动力响应分析

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高速列车振动荷载下立体交叉隧道结构动力响应分析

高速列车振动荷载下立体交叉隧道结构动力响应分析
( 1 .S c ho o l o f Ci v i l En g i ne e r i n g ,Ce n t r a l S ou t h Un i v e r s i t y ,Cha n g s h a 41 0 0 7 5,Ch i n a;2 . Na t i o n a l En g i n e e r i n g La b o r a t o r y o f Hi g h Sp e e d Ra i l wa y Co n s t r u c t i o n,Ch a ng s h a 41 0 0 7 5,Ch i n a )
t r a i n v i br a t o r y l o a d
LI U Qi a n g 。 S HI Ch e n g - h u a , P ENG Li — ai r n , YANG We i — c h a o , KANG Li — p e n g
高 速 列 车 振 动荷 载下 立 体 交 叉 隧道 结 构 动 力 响应 分 析
刘 强 , 施 成华 , 彭立敏 , 杨伟超 , 康立鹏
土木工程学院 , 湖南 长沙 ( 1 . 中南 大学 4 1 0 0 7 5 ; 2 . 高速铁路建造技术 国家工程实验室 , 湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 )

要: 文章运用有限元方法建立 了高速铁路立体交叉 隧道数值计 算模型 , 分析 了高速列 车振动荷载 下交叉
隧道结构的动力响应特性 , 探讨 了围岩级别 、 行车速度 、 列车通 车方式 、 隧道交叉 角度 以及 岩柱高度等 参数对 下穿隧道衬砌结构动力响应变化规律的影响 研究结果表 明 : 围岩级别 、 行 车速 度及列车通 车方式 对下穿 隧 道动应力响应影响较大 ; 下 穿隧道衬砌结 构的竖向位移 、 竖 向加 速度 、 第一 主应力及第 三主应 力随着围岩级别 提高 、 行 车速度增加 、 行车方式改变而增大 , 随着岩柱高度增加 而减小 ; 随着交叉 角度增加 , 衬砌 结构变形 、 加 速度及第三 主应力峰值有所减小 , 但第一 主应力峰值增加 , 这对于抗 压强度 大于抗拉强度 的混凝 土结 构是不

地震动峰值速度与峰值加速度对重力坝动力响应影响

地震动峰值速度与峰值加速度对重力坝动力响应影响

地震动峰值速度与峰值加速度对重力坝动力响应影响胡良明;朱军福;孙奔博【摘要】基于有限元结合应力型黏弹性人工边界的方法,建立了丰满水电站重建工程挡水坝段有限元数值模型,分析了地震动0°输入时不同峰值速度和峰值加速度对重力坝地震反应的影响.结果表明,地震动峰值速度对坝体参考点位移、应力的影响程度明显大于地震动峰值加速度;随着地震动峰值速度的增加,坝体各参考点顺河向位移和竖直向位移都呈现出逐渐增加的趋势;第一主应力和第三主应力分别在坝踵和坝趾处影响程度大.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2019(045)007【总页数】6页(P66-71)【关键词】峰值速度;峰值加速度;重力坝;位移;应力;动力响应;丰满水电站重建工程【作者】胡良明;朱军福;孙奔博【作者单位】郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;郑州大学水利与环境学院,河南郑州450001;天津大学建筑工程学院,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TV3140 引言地震能够直接对水工结构造成损坏,进而对人民生命财产及国家经济造成难以计量的损失。

长期以来,众多专家学者在地震动峰值加速度对水工结构的影响研究较多,关于峰值速度对混凝土重力坝动力响应的研究较少。

陈健云等[1,2]研究了地震峰值加速度与高拱坝坝体位移、损伤之间的关系,研究结果表明随着地震动强度增加,高拱坝坝体损伤逐渐局部化,由坝体表面向坝体内部发展;孔宪京等[3]以地震峰值加速度PGA为地震动参数研究高面板堆石坝,结果表明高面板堆石坝在地震峰值加速度为0.2 g和0.3 g时会发生一定概率的轻度破坏,较大地震0.6 g时坝体完全破坏;任晓丹[4]模拟了混凝土高坝地震灾变,得到混凝土高坝除了开裂和损伤外有可能发生倒塌灾害;在以上研究基础上,本文结合大有限元软件ANSYS,建立了丰满水电站重力坝挡水坝段的有限元模型,通过此模型模拟0°入射时不同地震动峰值速度对重力坝坝体的地震反应的影响,得到了一些有工程意义的结论,对其他同类型工程设计及安全运行具有参考价值。

基于无限元边界模型的高拱坝损伤开裂数值分析

基于无限元边界模型的高拱坝损伤开裂数值分析

基于无限元边界模型的高拱坝损伤开裂数值分析杜玉涛; 朱彤【期刊名称】《《人民长江》》【年(卷),期】2019(050)009【总页数】6页(P175-179,213)【关键词】辐射阻尼; 有限元—无限元; 无质量地基; 拱坝; 抗震分析【作者】杜玉涛; 朱彤【作者单位】大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室辽宁大连 116024【正文语种】中文【中图分类】P319近年来,一批300 m级的高拱坝在我国西南地区建设完成,西南地区地震烈度高,高拱坝的抗震安全问题尤其突出。

坝体抗震研究多采用动力模型试验方法和有限元数值模拟的方法[1-4]。

由于坝体—库水—地基相互作用的模型试验技术尚未成熟,学者多采用数值模拟的方法来研究这一问题。

数值模拟中通常采用无质量地基模型进行抗震分析,但由于未考虑地基的辐射阻尼效应,在工程中应用中是偏于保守的。

为真实反映坝体—地基的相互作用问题,研究者们现已取得了较多的研究成果,包括人工透射边界、比例边界有限元和黏弹性边界方法等[5-11]。

大岗山拱坝位于四川省境内,水平向设计地震峰值加速度为0.557 5 g,是目前我国高坝抗震设防之最,研究其地震响应具有重要意义。

本文采用有限元—无限元耦合模型(下文简称无限元边界模型)来解决坝体—地基相互作用问题,使远场地基边界能严格满足无穷远处位移为零的条件,不会造成地震波在截断边界处的反射误差。

燕柳斌用无限元边界模型模拟了重力坝地基,认为该方法在解决无限地基问题上是有效的[12]。

向前用无限元边界模型模拟了拱坝的无限地基,但其是从基岩处直接输入地震波时程,该方法会在固定边界引起失真的扰动[13]。

目前,无限元边界模型仅对内源振动问题比较有效,对外源入射问题还有待研究。

为了解决外源入射问题,戚玉亮等根据等效边界力的叠加原理,采用将地震动转换为等效应力的方法[14]。

黄胜等采用波场分解的原理给出了人工边界上地震荷载的等效计算公式[15]。

拱坝地震输入模型中黏弹性边界与黏性边界的比较

拱坝地震输入模型中黏弹性边界与黏性边界的比较

射应力波 图 分别是图 中 项和
项的
和 分别对应黏性边界和黏弹性边界情况下自由场
运动在竖立直杆底端的 弹簧 阻尼器上作用的入射 应力波 从图 可见 黏性边界的自由场输入方式
图 黏性边界与黏弹性边界条件下的边界力
和直接由速度波产生的应力波输入方式产生的在竖立直杆底端作用的入射应力波 除
有极
小误差外 其它时间段十分接近 对于黏性边界来说 自由场输入方法与应力波输入方式是一致的
表 两种边界条件下直杆不同部位最大速度反应及其误差
黏性边界
黏弹性边界
底部 中部 顶部
本文数值解? ? 理论解? ?
相对误差
本文数值? ?
理论解? ?
相对误差
大岗山拱坝的动力反应分析
为了进一步比较拱坝地震自由场输入模型中黏性边界与黏弹性边界对计算结果的影响 以大岗山
拱坝为例计算两种不同边界条件下的动力反应
坝体混凝土弹性模量
泊松比
容重 ? 坝基岩体分为 类 容重 ?
坝前计算淤砂高程
淤砂内摩擦角 浮容重 ?
表 大岗山大坝体型参数
高程?
拱冠中点至顶拱拱冠中点水平距离? 左岸曲率半径? 右岸曲率半径? 左岸拱端厚度? 拱冠梁厚度? 右岸拱端厚度? 左岸半中心角? 右岸半中心角? 左岸拱端弦长? 右岸拱端弦长?
元 四周边界节点在竖向被施加约束 瑞利阻尼系数
计算时间步长为
竖立直杆
的底部 中部和顶部速度反应如图 所示
从图 可知
后 速度波到达直杆的中间部位 后到达顶端 由于顶部是自由表面 在顶部
波放大了 倍 波在自由表面反射后 继续从直杆顶端向下传播 大约 后 因为黏滞边界的吸能效
果 波不再由底端向上反射 直杆各部位的速度反应为 这一计算结果与理论解是完全一致的 这一

地下结构静-动力分析中的人工边界转换方法研究

地下结构静-动力分析中的人工边界转换方法研究
c n ta n e ci n r l t g t r b o g n o t e mo e ie a p y n h y a c a i ca u da e n d n mi o sr i tr a to swe e al o ehe r u hti t h d lwh l p l i g te d n mi r f ilbo n r s i y a c ti i a l ss nay i .Th c u a y o h t o sc e k d t r u h t nay i fc c l to e u t fa n i e rn a e e a c r c ft e meh d wa h c e h o g he a l ss o a u ain r s lso n e g n e i g c s . l Ke r y wo ds: ta f r to fa i ca u da is;sai — y a c a l ss;v s o e a tc a i ca o n a rnso main o r f i lbo n re ti ttc d n mi nay i ic — lsi r f i lb u d r ti y
人工 边 界从广 义上 可 分 为静 力 人 工边 界 和 动力 人 工边 界 。静力 人工பைடு நூலகம்边界 由来 已久 , 常有 固定边 界 、 通 滚 轴边 界 等 。动力 人 工 边 界 经 过 几 十 年 的 发 展 , 已形 成
皋金项 目:国家 自然科学基金资助项 目( 17 40 ; 518 9 ) 重庆市 自然科学基金 项 目 ( S C, 0 8 B0 6) 重 庆 市 教 委 科 学 技 术 研 究 项 目 C T 2 0 B 66 ; ( J9 43 ; K 000 ) 高等学校博士学科点专项科研基金 (09 52 102 20 52 100 )

基于ABAQUS的粘弹性动力人工边界精确自动施加

基于ABAQUS的粘弹性动力人工边界精确自动施加
加精度 不 高等 问题. 为此 , 基于粘 弹 性 动力人 工 边 界理 论 及 AB US软 件 平 台, 出 了粘 弹 性 动 AQ 提
力人 工边 界精确 自动施加 方法 , 制 了相关 程 序 并进 行 了验 证. 例将 本 文方 法 和 通 常 的近似 施 编 算
加 方法进 行 了对 比分 析 , 果表 明 , 似施加 方 法会 引起 较大 计 算误 差 , 文所提 出方 法 的施 加 简 结 近 本 便 性、 加精度 均优 于通 常 的近似 施加 方法. 施 关键词 : 弹性 动力人 工边 界 ; AB 粘 AQUS 自动 施 加 ;
第3卷 2
第 1 期
三峡 大学 学 报 ( 自然 科 学 版 )
J o i a Th e r e i . Na u a ce c s f Ch n r e Go g sUn v ( t r l in e ) S
V 0 . 2 NO. 13 1 Fe 2 O b. O1
中 图分 类 号 : 3 5 P 1 文 献标识 码 : A 文 章 编 号 :6 29 8 2 1 ) 10 2 —4 l 7 —4 X(0 0 0 —0 00
Ac u a e Au 0 a c r t t 一 pplc to f Vic e a tc Dy a i i a i n O s o l s i n m c
2 30 2 8 0。Ch n ;4 ia .Ch n d o o rEn i e rn n u tn r o a in,B i n 0 1 0,Chn ) ia Hy r p we gn e ig Co s lig Co p r t o ej g 1 0 2 i i a
Ab t a t Th ic ea t y a c a t ii lb u d r s wi e y a p id i h y a c a a y i o t u t r ~ s r c e v s o l s i d n mi r i ca o n a y i c f d l p l n t e d n mi n l ss f s r c u e e

基于黏弹性人工边界条件的岩质边坡动力反应分析

基于黏弹性人工边界条件的岩质边坡动力反应分析

水利与建筑工程学报Joprnai of Watee Resoprees and Architectural Engineering 第3卷第(期2 0 2 1年2月Vol. 19 No. 1Feb. ,202)DOI :19. 3969/C issc. 9672 - 1144.2021 61631基于黏弹性人工边界条件的岩质边坡动力反应分析景鹏旭6尹 超4,门丽君5,许杰夫6杨清逸4(1中国地震应急搜救中心,北京60042; 2.北京交通大学,北京60055;3.山西工程技术学院,山西阳泉045000 ;4.北京清控人居光电研究院有限公司,北京60089)摘要:基于数值分析方法,以二维岩质边坡为例,通过布置在边界处的弹簧和阻尼器构成黏弹性人工 边界条件,探讨边坡尺寸、形状以及地震波的类型对放大效应的影响。

结果表明地震波频率和坡角是地 震响应的决定性因素,坡高对于边坡特征点(坡脚、坡顶)的变化敏感性较低。

结论如下:对于同一地震 波频率,不同坡高对于地震放大效应的影响较小,差别仅在于边坡越高,坡脚距离坡顶的距离越长,这部分的动力响应越明显;对于同一边坡角度,随着入射地震波的频率越高,坡面的放大系数逐渐增加;对于 同一边坡高度,随着边坡的角度变陡,坡面的放大系数逐渐增加。

综上所述,在岩质边坡抗震设计时应 考虑放大效应的影响。

关键词:岩质边坡;黏弹性边界人工边界;放大效应;频率中图分类号:TU443 文献标识码:A 文章编号:372—134(2021)01—030—05Dynamic Response Analysis of Rock Slope Based onViscoelastic ArtificiaO Boundary ConditionJING Pengxu 1, YIN Chav -, MEN Lijun 5, XU Jiefu 1, YANG Qingyl 3(1. National Earthquake Response Support Service , Beijing 100049, China ;2. Beijing Jiaotong Universito , Beijing 140055 , China ;3. Shanxi Instituto r Techalogy , Yaagquaa , Shanxi 045400 , China ;4. Bejinq Tsinghua Holdings Humag Sethemenie Piqhhng Research Instituto Cn. ,Lth , Bejing 100089 , China)Abstrrci : BwS on tUe dumericai vOysis methoU , this pwer tafes a two - 47x 60X01 roch slope as an example , and discusses the inUuences of the size and shape of the slope and the type of seismic wavv on the ampliXcakon ebeO by forming a viscoelastic artificial bouudam condition with springs and dampem arraoaen at the boundarp. The msuVsshow that seismic wavv 001X0 and slope angle are the decisivv factori Ur seismic response , and slope height is less sehitav te Ovges in slope characteristic 00X01:0 ( slope U o W slope top) : The conclusions are as follows. F os the sameseismic wavv Uequency , diOerent slope heightu havv dss impact on the seismic ampliXcakon effect. The only (11X60- e n ee is that the highes the slope , the longe s the distance betwe e n the slope toe and the slope top , the more odvious thedynamic response of this pan. Fos the same slope angle , as the Uequency of the incident sb s mic wavv is highes , the slope amplification fOctos grafualip increases. Foe the same slope heighw as the slope angle becomes steepe, the slopeampliOcakon factor grafuakp increases. In summarp , the impacts of the amplification effect should be cousideren in theseismic design of roch slopes.Key w ord t : rrck slope ; viscoelastio boundary ; artiOciaO boundary ; ampliOcotion effeci : frequency收稿日期:2222-S6-77 修稿日期:22229974基金项目:中国地震应急搜救中心青年基金(SJ1991 -作者简介:景鹏旭(699—)男,山西太原人,硕士,工程师,主要从事岩土工程、地震工程等方面的研究工作。

基于OpenSees的二维黏弹性边界单元开发及应用

基于OpenSees的二维黏弹性边界单元开发及应用

基于OpenSees的二维黏弹性边界单元开发及应用高毅超;刘阳;梅真【摘要】A two-dimensional (2D) viscoelastic boundary element, VS2D2Bar, was developed based on the open source finite element package OpenSees. The applicability of the 2D viscoelastic boundary element was verified with a numerical example, and it was applied to the seismic response analysis of a gravity dam. Numerical results demonstrate that the peak dynamic response of the dam body according to the viscoelastic boundary element model greatly decreases in contrast to that obtained from the massless foundation model with fixed boundary conditions. As a result, the radiation damping effect of the infinite foundation should be considered in seismic response analysis of gravity dams. The results also show that OpenSees is applicable to the seismic response analysis of gravity dams. With a high efficiency in programming and debugging, OpenSees can be easily extended to the static and dynamic analysis of complex hydraulic structures.%基于有限元开源软件OpenSees开发了二维黏弹性边界单元VS2D2Bar,采用数值算例验证了该二维黏弹性边界单元在程序实现上的正确性,并将其应用于重力坝地震响应分析。

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布 更 为合 理 , 力响 应 时程 滞 后 ; 证 了该 边 界 条 件 的 吸 能 效果 。该 方 法 计 算 效 率 高、 定 性 好 , 服 了 动 验 稳 克
透射边界与有限元相结合的方 法存在 高频失稳 问题 的缺陷。 关键 词 : 固耦 合 ;动 水 压 力 ; 弹性 人 工 边界 ; 震 反 应 ;拱 坝 流 黏 地 中 图 分 类 号 : V 4 . T 624 文献标识码 : A 文 章 编 号 :17~ l4 (00 O- o6— o 62 142 l)2 -o 3 4
弹 性人 工 边 界 具 有 较 高的 计 算 精 度 和 计 算效 率 、 好 的 稳 定 性 , 较 同时 程序 容 易 实现 。基 于黏 弹性 人 工 边 界的基本原理 , A ss 以 ny 为计 算平台 , 用声 学流体 单元 f i 0模拟 库水 , 采 ld u3 在坝 基截 断边界 添加 弹簧 一
h ihrc m ua o a p cs n i e o p tt n fcec n e e t it.Me w i ,i i e yt rga s a ahge o p tt nl r io ,hg rc m ua oa e ̄iny ad b t rs bly i e i h il l t a i n a hl t s a op rm. e s o
B e n te b i h oy o iC U . l t rica u d r o dt n a dAn y ot r he rs rori smuae yu ig s a d o l a c te r fvS O Sea i a t i b n ay c n i o n s ssf 1 s s c i f lo i wae.t ee v i i ltd b sn s
C N Ja g HE in
( cni e a hBac steo umi etai n eg tu ,Ci yr o e Si t cRs r rnhI tu ef ec n it fK n n l sgt nadD i I it hn H do wr gm i o s n n te s a p
E gnei o l t n Gop C m a y u m n ,Yl a 5 0 3 C / ) n i r g C mu ai r o p n ,K n i e n t o u g u n603 , h a m n
Ab ta t h a it n d mpn fu b u d d fu d t n 1i otn a trt } es c/s o s fac a sr c :T erdai a igo n o n e n ai si 31 mp r t co tes imi ' p n o rhd ms.T eea o o o s a f o l e e h r I ma yme} d rc s h n o n e o n ain n to st po e steu b u d dfu d t s.a n hc h to ftevs o sea t rica o n ayc n i o l o o mo gw ihte meh d o ic u .lsi at i b u d r o dt n h c i f l i
阻尼单元以考虑无限地基的辐射 阻尼影响 ; 以锦屏 一级 高拱坝在 玎 C no地震 波作 用下的动 力响应 并 et r 分 析 为 例 , 不 考虑 坝基 辐射 阻尼 与采 用 黏 弹 性 人 工 边界 两 种 计 算 方 法 的 计 算 结 果 进 行 比较 。 结 果 表 对 明 , 用黏 弹性人 工边界条件后 的动力响应( 采 动水压 力、 位移 、 主应力) 均有所 降低 , 坝顶拱冠 处的应力分
第8 卷第 2 期
20 10年 4月
水 利与 建筑 工程 学报
J un lo ae e o r e n r ht ct ra l or a f W trR su c sa d A c ie u
. . . . . . . . . ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ . . . — —
V0 . 1 8 No. 2 D r.,20 1 0
cni r en une faii a p g e e m c sos ni i c a dr eE Cnr er qae ae os e t f ec d tndm i . i i r pne f i n h a hd u e 1 et ahuk v d i h l o r ao n ss e oJ p g g r m n t h h o t w
h c u t f i lme tf i3 tea o si ud ee n ud 0,a d t e s r gd p n lme t l d e o te tu c td b u d r fd o n ain t cl l n h p i - a ig ee n sae a d d t h r n ae n m o n ay o a fu d t o m o
S im i s o s a y i f Ar h m s Ba e n Vic u - l si es c Re p n e An l ss o c Da s d o s o s ea tc Ar i ca u d r n ii n tf i lBo n a y Co d to i
基 于黏 弹 性 人 工 边 界 的拱 坝 动 力 响 应 分 析
陈 江
( 中国水电顾 问集 团 昆明勘测设计研究院科学研究分院 ,云南 昆 明 60 3 ) 50 3

要 :无 限 地 基 的 辐 射 阻尼 是 影 响 拱 坝 地 震 反 应 的 一 个 重 要 因素 , 限 边 界 的 处 理 方 法很 多 , 中黏 无 其
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