混凝土动态弹性模量对重力坝地震反应的影响分析

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发布时间：2021-09-17

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混凝土动态弹性模量对重力坝地震反应的影响分析
李德玉，陈厚群
(中国水利水电科学研究院5t2程抗震研究中心，北京 100048)
摘要：现行水工抗震规范中规定，大坝混凝土动态弹性模量在静态弹性模量基础上提高30％。这一规定体现的是
混凝土瞬时模量与持续模量的差异，而非加载速率的影响。根据国内相关混凝土坝设计规范，持续模量约为瞬时
模量的O．67倍，亦即瞬时模量可较持续模量提高50％。本文结合不同高度的重力坝，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比较分析，论证两种动态弹性模量取值的影响。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。
关键词：重力坝；动态弹性模量；动力特性；地震反应
中图分类号：TV642．3 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重力坝动力特性及地震反应的重要参数。现行《水工建筑物抗震
设计规范》(DL5073—2000) 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％。国内外近期进行的全级配大坝混凝土的试验成果表明，加载速率对混凝土弹性模量
的影响远不如对混凝土强度的影响显著，可以忽略不计。因此，上述规定体现的是混凝土瞬时模量
与持续模量的差异，而非加载速率的影响。另外，根据国内相关混凝土坝设计规范，大坝混凝土持
续模量约为瞬时模量的O．67倍，亦即混凝土动态弹性模量应在静态弹性模量基础上提高50％。
本文根据文献[4]给出的不同高度的重力坝剖面，采用重力坝抗震设计的基本分析方法一材料力
学法进行动力分析，从坝体自振特性、动位移和动应力等方面综合论证坝体混凝土动态弹性模量不
同取值对大坝动力特性及地震反应的影响。
2 计算方法及条件
应用重力坝专用分析程序GDAP 进行计算。采用基于振型分解反应谱法的材料力学法进行地震
反应计算，计人前6阶振型的影响。反应谱采用现行抗震规范规定的设计反应谱，其特征周期为
0．2s，反应谱最大值为2．0。
库水影响按韦斯特伽德(Westergaard)附加质量法计入。
地基岩体对重力坝自振特性及地震反应的影响巨大，在抗震设计计算中必须计入。本文采用不
计岩体质量的伏格特(Vogt)地基计入其弹性影响。
地震作用计入水平向和竖向同时作用。分别计算基岩峰值加速度相应于7、8、9度地震时的水平
向0．1g、0．2g、0．4g，竖向0．067g、0．133g、0．267g。
针对坝体混凝土动态弹性模量较静态弹性模量提高30％(方案1)和50％(方案2)的两种方案，进
行计算和对比分析。基岩岩体的动态变形模量取静态值。
表1为计算采用的、文献[4]给出的各重力坝剖面特性参数。