课题基金 / 基金详情

基于比例边界有限元法的高混凝土坝系统建模与非线性地震响应研究

批准号:
52079072
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
陈灯红
依托单位:
学科分类:
水工结构与水工材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈灯红

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
混凝土坝‐地基‐库水相互作用系统在地震作用下的损伤破坏研究一直是水工结构抗震领域的热点,其精确性与高效计算是其中的主要挑战,决定着大坝抗震安全评价的正确性与可信度。比例边界有限元法(SBFEM)的半解析特点,使其对于求解无限域和应力奇异性等方面具有特殊的优越性。本项目拟考虑基于标量波动方程的库水与混凝土坝耦合作用,建立基于矢量波动方程的大坝‐地基动力相互作用的高阶时域模型及非一致性地震动输入方法,构建基于SBFEM的远域辐射阻尼高阶边界模型;构建基于损伤能量释放率的混凝土弹塑性损伤本构模型及其SBFEM非线性求解方法;将所构建的边界模型与本构模型集成组装为综合应用程序/软件,对强震作用下系统的非线性动力响应与损伤特性进行数值模拟,并与其他现行理论与方法进行对比研究。项目成果有助于进一步提高地震作用下的大坝‐地基‐库水体系无反射边界的模拟精度、准确模拟混凝土坝地震动响应与损伤特性。
英文摘要
The studies on the damage and failure of the concrete dam-foundation-reservoir interaction system under earthquakes have always been a hot topic in the field of seismic resistance of hydraulic structures. Its accurate and efficient calculation is the main challenge, which determines the correctness and credibility of the seismic safety evaluation for the concrete dams. Due to the unique semi-analytical characteristics, the scaled boundary finite element method (SBFEM) has the special advantages in solving the problems of infinite domains, stress singularities, etc. This proposal aims to consider the coupling of reservoir water and concrete dam based on the scalar wave equation, develop a high-order time-domain model for dam-foundation dynamic interaction based on the vector wave equation and its nonuniform seismic input mechanism, construct a high-order boundary model of far-field radiation damping based on the scaled boundary finite element method. Then, it intends to establish an elasto-plastic damage constitutive model for the dam concrete based on damage energy release rate and its SBFEM nonlinear solution method. Finally, it plans to integrate the high-order boundary model and the elasto-plastic constitutive model into a comprehensive computer program/software, analyze the nonlinear seismic responses and damage characteristics of the system and compare the results with those of other existing theories and methods. The results of this proposal are expected to further improve the simulation accuracy of the nonreflecting boundary in the dam-foundation-reservoir water system and accurately simulate the seismic responses and damage characteristics of concrete dams.
高混凝土坝‐地基‐库水相互作用系统在地震作用下的损伤破坏研究一直是水工结构抗震领域的热点,其精确性与高效计算是其中的主要挑战,决定着大坝抗震安全评价的正确性与可信度。比例边界有限元法(SBFEM)的半解析特点,使其对于求解无限域和应力奇异性等方面具有特殊的优越性。本项目主要完成了:1)考虑基于标量波动方程的库水与混凝土坝耦合作用,建立基于矢量波动方程的大坝‐地基动力相互作用的高阶时域模型及非一致性地震动输入方法,构建了基于SBFEM的远域辐射阻尼高阶边界模型;2)基于损伤能量释放率构建了混凝土弹塑性损伤本构模型,实现混凝土在拉压状态下塑性发展和损伤演化模拟,并开展了地震应变速率下的混凝土抗压和劈裂试验,标定受拉强度、受压强度的动态增强因子;3)在工程应用研究方面,研究了基于八叉树SBFEM的高拱坝-不规则地形地基-库水系统非线性地震响应,考虑参数不确定性对混凝土坝抗震性能进行不确定量化分析评价,及对混凝土坝‐地基‐库水系统的耐震时程易损性分析。项目成果进一步提高了地震作用下的高混凝土坝‐地基‐库水体系无反射边界的模拟精度、准确模拟混凝土坝地震动响应与损伤特性。本项目历经4年研究,达到了预期研究目标,共发表了高水平学术期刊论文25篇,其中,SCI收录10篇、EI收录6篇,出版专著《混凝土坝-地基-库水系统动力相互作用高阶模型研究》1部,研究成果《高混凝土坝抗震分析新模型与方法研究》获得2023年湖北省科学技术奖励自然科学二等奖。
基于随机比例边界有限元的高拱坝地震响应多维不确定量化研究
  • 批准号:
    52579127
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    陈灯红
  • 依托单位:
高阶双渐近透射边界及其在坝-基动力相互作用中的应用
  • 批准号:
    51309143
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    陈灯红
  • 依托单位:
国内基金
海外基金