拱坝地基动力体系的简化计算模型及其在地震作用下的动力反应分析.pdfVIP

第 16 卷第 2 期 计 算 力 学 学 报 V o l. 16 N o. 2 1999 年 5 月 CH IN ESE JOU RNAL O F COM PU TA T IONAL M ECHAN ICS M ay 1999 拱坝地基动力体系的简化计算模型 及其在地震作用下的动力反应分析 林　皋　　陈健云　　　　　　　林　蓓 ( ) ( ) 大连理工大学土木工程系, 大连 116023 　　　　　　　　 大连市政设计院 摘　要　通过对拱坝地基的半无限空间动力体系的分析, 提出了拱坝地基动力相互作用问题的简化 求解途径, 并结合小湾拱坝进行了实际分析。结果表明, 这种直接应用于时域求解的简化模型, 既反 映了影响相互作用的主要因素, 又使计算工作量大大减少, 结果可靠合理, 便于工程上的推广应用, 同时为进一步进行非线性体系在时域中的简化计算打下了基础。 关键词　动阻抗; 等效集总参数; 动力相互作用分析 分类号　 1　前　　言 随着当前大型建筑物如大坝、核电站等愈来愈多地出现, 土结构动力相互作用问题成为 土木工程中的一项重要研究课题。 土结构系统在地震荷载的作用下, 由于无限地基与结构耦连的影响, 使问题的求解复杂 化。如结构与地基的耦合效应使结构振动特性发生变化, 结构振动能量向地基的部分散失形成 辐射阻尼。此外, 近场地形、地质条件及波入射方向对结构动力反应也有很大影响。在处理水 坝一类大体积结构与地基相互作用方面, Gu tierez 与Chop ra [ 5 ] 应用子结构方法, 将半无限地 基, 坝体分别视作两个子结构, 在求出地基的复频影响系数后再与坝体耦合求解结构的动力响 应。子结构法可以分别针对地基与结构采用行之有效的不同方法进行分析, 不仅可以在很大程 度上提高计算效率和精度, 而且可以分别分析利用地基与结构本身的动力特性, 对于整体的简 化分析及工程应用有着重要意义。 由于地基动刚度随频率而变化, 且整个体系的阻尼不再能表达成R ayleigh 阻尼的形式, 故以往的求解通常是先转换到复频域进行求解。实际工作表明, 这种复频求解不仅工作量十分 巨大, 而且反复的时频域转换对精度的损失也是不容忽视的。因此, 寻求更合理、适应范围更 广的地基动力模型及相应的计算方法仍是地震工程与岩土工程研究的一项重要任务。 本文首先对文[2 ]提出的动力格林函数所求出的拱坝地基动力刚度阵在工程应用范围内 的动力特性进行了分析, 根据其特性将其转化为一个由等效集总参数组成的与频率无关的力 学体系, 然后通过进一步简化, 对体系在人造波及 波作用下的时程反应进行了分 E l Cen tro 析, 并对比了C lough 的无质量地基模型及清华等单位的结论。结果表明这种根据工程应用范 围内的动力特性进行简化的模型是合理可靠的。 收稿 日期: 修改稿收到日期: 　陈健云: 男, 1969 年生, 博士后 2 期　　　　林　皋等: 拱坝地基动力体系的简化计算模型及其动力反应分析　　　　　　 133 2　拱坝地基动力刚度的求解及其模型简化 由于问题的复杂性, 目前实际资料及研究均十分有限且不完整, 故主要思想是在保留主要 影响的基础上寻求简化途径, 以减少工作量, 获得尽可能多的实际成果。 根据边界积分方程, 拱坝河谷半无限空间内 点 方向的位移可表示为: