第七章 地震作用分析

7.3.1 地震作用分析应用实例解析——重力坝抗震性能分析

    1.问题描述

    本例选取应用非常广泛的重力坝断面结构，如图7-1所示。坝高120m，坝底宽76m，坝顶为10m，上游坝面坡度和下游坝面坡度如图7-9所示。

    图7-1 重力坝断面结构

    因为重力坝结构比较简单，垂直于长度方向的断面结构受力分布情况也基本相同，并且大坝的纵向长度远大于其横断面，因此大坝抗震性能分析选用单位断面进行平面应变分析是可行的。

    大坝抗震性能分析的计算条件如下：

    1）假设大坝的基础是嵌入到基岩中，地基是刚性的。

    2）大坝采用的材料参数为：弹性模量E=35GPa，泊松比v=0.2，堆密度γ=25kN/m³。

    3）计算分析大坝水位为120m。

    4）水的质量密度为1000kg/m³。

    5）设大坝防地震烈度为8，水平方向地震加速度值为0.2g。

    2.求解步骤

    （1）创建物理环境

    1）进入ANSYS/Multiphysics的程序界面后，在菜单Utility Menu中选择File→Change Jobname命令，弹出Change Jobname对话框。在[/FILNAM]Enter new jobname文本框中输入工作名称Dam，单击“OK”按钮，关闭该对话框。

    2）在菜单Utility Menu中选择File→Change Title命令，弹出Change Title对话框，在[TITLE]Enter new title文本框中输入Dam seismic Analysis，单击“OK”按钮，关闭该对话框。

    3）在菜单Main Menu中选择Preferences命令，在打开的对话框中选中Structural来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤。

    （2）定义单元类型

    1）在菜单Main Menu中选择Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出Element Types对话框。单击“Add”按钮，弹出Library of Element Types对话框。在左侧列表栏中选择Structural Solid，在右侧列表栏中选择Quad 4node 42，单击“OK”按钮，定义PLANE42单元，如图7-2所示。

    图7-2 “单元类型库”对话框

    2）在Element Types对话框中单击“Options”按钮，弹出PLANE42 element type options对话框。在Element behavior K3下拉列表中选择Plane strain，其他选项采用默认值，单击“OK”按钮。

    通过设置PLANE42单元选项K3为Plane strain来设定采取平面应变模型进行分析。因为大坝是纵向很长的实体，故计算模型可以简化为平面应变问题。