动态弹性模量变化对拱坝动力反应的影响-中国水利水电科学研究院学报.pdf

第11卷 第2期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.11 No.2 2013年6月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research June，2013 文章编号：1672-3031（2013）02-0125-05 动态弹性模量变化对拱坝动力反应的影响 郭胜山，李德玉 （中国水利水电科学研究院 工程抗震研究中心，北京 100048） 摘要：现行水工抗震设计规范规定，大坝混凝土动态弹性模量在静态弹性模量基础上提高30%，对岩体动态变形 模量的取值并无规定，现行工程实践中岩体动态变形模量通常在静态变形模量基础上提高30%。根据国内外必威体育精装版 研究成果修编中的新规范拟规定：大坝混凝土动态弹性模量在静态弹性模量基础上提高50%，岩体动态变形模量 取为静态变形模量。本文针对新规范的这一变化，结合不同高度的拱坝，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，论证混凝土两种动弹性模量以及基岩两种动变形模量取值的影响。结果表明， 坝体动弹模从30%提高到50%以及基岩动变模是否提高30%对坝体动力特性和地震反应影响不大。 关键词：拱坝；混凝土动弹性模量；基岩动变形模量；动力特性；地震反应 中图分类号：TV642.4 文献标识码：A 1 研究背景 大坝混凝土动态弹性模量是影响拱坝动力特性及动力反应的重要参数。文献［1］结合大岗山、小 湾等工程进行的大坝全级配混凝土动态性能试验成果表明，加载速率对混凝土弹性模量的影响远不 ［2］ 如对混凝土强度的影响显著，可以忽略不计。现行水工抗震规范 中规定，混凝土动态弹性模量（瞬 时模量）在静态弹性模量（持续模量）基础上提高30%，体现的是混凝土瞬时模量与持续模量的差异， ［3］ 而非加载速率的影响。根据国内外必威体育精装版研究成果，持续模量约为瞬时模量的0.67倍 ，亦即瞬时模量 约为持续模量的1.5倍。因此，现行抗震规范中动态弹性模量的取值可能略有偏低。 拱坝下卧基岩的刚度是影响大坝动力特性和动力反应的重要因素。在无质量地基假设下，岩体 ［4］ 动态变形模量是反映基岩影响的主要参数。根据美国联邦大坝安全导则的资料 ，相对于岩体的不均 匀性、不连续性等影响因素，加载速率对岩体变形模量的影响可以不予考虑，其动态变形模量可取 静态值。现行水工抗震规范对岩体动态变模的取值并无规定，当前我国拱坝抗震计算中多取基岩动 态变形模量为其静态值的1.3倍。 中国水利水电科学研究院作为主编单位正在修编的新水工抗震规范拟规定，混凝土动态弹性模 量取为静态弹性模量的1.5倍，岩体动态变形模量取为静态变形模量。针对新规范的这一变化，需对 重力坝和拱坝这两类坝型做专题研究，以评估其对工程设计影响。文献［5］对不同高度的重力坝，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了比较分析，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，岩体变形模量对拱坝设 计的影响较对重力坝的影响更加显著。因此，本文结合国内已建或拟建的不同高度的拱坝，除了考 虑坝体混凝土动态弹性模量的不同取值外，还考虑了岩体动态变形模量取值对拱坝动力特性及动力 反应的影响，采用基于振型分解反应谱法的拱梁分载法对国内8座拱坝进行计算分析和比较，研究坝 体混凝土和基岩动弹性模量变化对拱坝动力反应的影响。 2 拱坝工程特性参数及计算方案 本文选取沙牌、善泥坡、白山、杨房沟、大岗山、拉西瓦、溪洛渡和锦屏一级共8座拱坝进行分 收稿日期：2012-12-11 作者简介：郭胜山（1985-），男，河南新乡人，博士生，主要从事水工结构与高坝抗震研究。E-mail：guoss@