砂礫石地基上混凝土重力壩地震荷載計算

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1、·42·水利水電工程設(shè)計DWRHE·2010年第29卷第3期砂礫石地基上混凝土重力壩地震荷載計算朱鳳娟摘要地震作用是強震區(qū)混凝土重力壩抗滑穩(wěn)定分析的重要荷載之一。采用振型分解反應(yīng)譜法，通過多方案的地震荷載計算，分析了砂礫石地基上混凝土重力壩，壩基無樁、有樁和計及地基深度對動力計算的影響，提出切合實際的計算方法和結(jié)果。關(guān)鍵詞砂礫石地基重力壩地震荷載杜伯華水電站中圖分類號TV222文獻標(biāo)識碼B文章編號1007—6980(2010)03—0042—03修建在強震區(qū)砂礫石地基上的重力壩，地震作用是抗滑穩(wěn)定分析

2、的重要荷載之一。杜伯華壩址地震基本烈度相當(dāng)于8．5度，根據(jù)我國《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，大壩抗震計算應(yīng)采用動力法，對于壩高小于50m的低壩，動力分析可采用振型分析反應(yīng)譜法。Ol3_O7s1基本資料圖1設(shè)計反應(yīng)譜杜伯華水電站堰(壩)為砂礫石地基上混凝土重2計算程序及原理力壩，最大壩高48．5m，河床復(fù)蓋層厚度大于60m。基本地震(OBE)水平加速度為0．30g，最大可本計算遵循EM1110—2—2200重力壩設(shè)計第5信地震(MCE)水平加速度為0．50g。地震烈度為8章動力分析的原則?？拐鹪O(shè)計的動

3、力分析采用振型度和9度時，對應(yīng)的水平地震加速度分別為0．20g分解反應(yīng)譜法。和0．40g，所以當(dāng)計算基本地震(OBE)時填寫地震使用國際上通用的SAP5程序的微機版計算。烈度為8度，水平地震組合系數(shù)為1．5，垂直地震動力分析采用子空間迭代法，求出結(jié)構(gòu)的自然組合系數(shù)為1．5／2，即滿足要求。頻率和振型，以特征向量為基礎(chǔ)，求地震反應(yīng)譜的結(jié)合大壩基礎(chǔ)處理方案，地震荷載計算考慮有響應(yīng)，按平方和開方(sRss)組合，求得地震響應(yīng)位樁和無樁兩種情況。大壩混凝土強度級別為A級，移和地震內(nèi)力。相當(dāng)于C20，彈性模量為

4、25．5GPa，剪切模量為求解廣義特征值公式如下：KX=Mx10．625GPa。砂礫石地基彈性模量為300MPa，剪切模量為125MPa。砂礫石和樁的復(fù)合地基彈性模式中K——Ⅳ階剛度矩陣，Ⅳ是結(jié)構(gòu)的總自由度；量為1500MPa，剪切模量為625MPa?！蛄?；因本工程地基是軟基，故場地土類別為Ⅱ型?！綦A質(zhì)量矩陣；設(shè)計反應(yīng)譜曲線見圖1。這是抗震設(shè)計中所采——自然圓頻率的平方。子空間迭代法是求解方程的前P個特征值，用的一定阻尼比的單質(zhì)點體系在地震作用下的最大?加速度反應(yīng)隨體系自振周期變化的曲線，

5、圖中特征，，和相應(yīng)的特征向量，，?，。周期T=0．3S，盧一=2．25，阻尼比0．05。子空間迭代法是由3個步驟來完成的。(1)建立q個起始迭代向量X={，：，?，設(shè)計反應(yīng)譜的最大值與結(jié)構(gòu)阻尼值有關(guān)，根據(jù)國內(nèi)外實測阻尼數(shù)據(jù)，強震時阻尼值增大，而}，(9>P)形成子空間E。。動力效應(yīng)降低。(2)對P個向量用同時逆迭代來求出最好的P對于壩高小于50In的低壩，采用阻尼比5％，個特征值和特征向量。取2．25，是安全的，也是合適的。(3)在迭代收斂后，用Sturm序列校核來證實朱鳳娟·砂礫石地基上混凝土重力壩

6、地震荷載計算B2／22／2．I圖3組合截面示意1，3，4，6，7振型為水平向振型，以1，3，4振型作水平向動力響應(yīng)，第2，5振型為垂直向振型，以這兩振型作垂直向動力響應(yīng)；而當(dāng)壩體在1170．5Ill處或1165．5m處固定時，第1，3，5，6，7振型為水平向振型，以1，3，5振型作水平向動力響應(yīng)，第2，4振型為垂直向振型，以這兩振型作垂直向動力響應(yīng)。1170．5m處固定方案歸一化處理后的振型曲線見圖4。12240T．刮土l2180l2137圖2懸臂梁集中質(zhì)量體系地震作用組合偽位移響應(yīng)法有兩種方法，一種

7、l2070是平方和開方組合的SRSS法，另一種是完全平方12020l1980組合的CQC法。按SRSS法組合計算，還對各方案11925進行了多方向構(gòu)成的CQC組合計算，其結(jié)果與SRSS組合方法計算很接近，故按SRSS法組合計算l1865能夠滿足要求。l1815117553溢流壩段動力計算1173O，l1705千●．}十水平振型垂直振型3．1計算斷面及單元劃分溢流壩段總高度為48．5m，壩段寬為12．0m，圖4振型曲線閘墩寬為6．0m，堰頂?shù)綁位叨葹?3．5m，底孔溢流壩段的各方案地震頻率、周期及地震

8、慣性尺寸為6m×6m(寬×高)。堰頂以上閘墩分1個單力匯總表見表1。表中無樁砂礫石地基彈模E=元，堰頂以下壩體連閘墩分8個單元。為了研究砂300MPa，有樁復(fù)合地基彈模E=1500MPa。礫石壩基無樁、有樁和計及地基深度對動力計算的分析表1成果，方案1由于未計人地基影響，影響，共計算5個方案。組合截面示意圖見圖3，故地震慣性力較小，與考慮地基影響相比，小面積和慣性矩計算公式見下式。30％～35％。方案2和方案3雖然基礎(chǔ)嵌入深度不分塊面積計算公式：S=B同