混凝土大坝的抗震安全评价(二)

发布时间:2010-01-14 共2页


  需要指出一点,现有关于混凝土大坝在地震中的表现以及地震震害等的经验主要限于百米左右或百米以下的大坝。而目前我们需要建设的是300m级的超高拱坝,所以有必要结合高坝的特点进行研究。这一点对拱坝特别重要。由于拱坝采用了比较高的抗压安全系数,强度储备大,局部出现裂缝后,应力调整有一定余地。但高拱坝的强度储备相对较小,坝体开裂后应力调整的余地也相应减小,需要引起重视。我们曾尝试对小湾拱坝(H=292m)和二滩拱坝(H=240m)进行过非线性动力分析[9]。计算中采用非线性弹性模型。这种模型相对比较简单,应用也比较普遍。国际上一些著名的商用软件,如ADINA,NONSAP等都采用这种方法。这种模型在理论上虽不够完整严密,但它可用显式的应力-应变曲线来反映混凝土的变形规律,根据混凝土的压、拉应力大小,加荷、卸载情况,以及受拉后出现裂缝等情况,可以采用均质各向同性、正交异性,线性和非线性等不同的应力-应变关系来描述,物理概念明确。同时可以选择适当的多轴应力条件下的破坏准则以便更好地反映混凝土的多轴受力和变形特性。计算中,采用美国1971年的San Fernando地震时岩基上的地震波,有较多波型记录。采用材料的容许抗拉强度为3MPa.计算结果表明,对小湾拱坝,输入设计地震加速度0.308g,在高水位时,拱冠梁坝踵部分开裂,应力重分布后,部分混凝土被压碎。并扩展至右岸坝肩1/2-1/3坝高处相继发生开裂与局部单元压碎。在运行低水位时,坝顶拱冠部分偏左也发生若干单元开裂,并导致部分单元压碎。对二滩拱坝采用材料容许抗拉强度2.5MPa,输入地震加速度0.308g时(超过原设计加速度0.144g),拱冠梁坝踵部位局部开裂,但不发展。虽然,在计算模型方面还有待进一步完善改进,但这一现象表明,同一应力控制标准,对不同拱坝,其抗震安全性可有很大差别。这是因为,各坝坝高、坝的型式、两岸地形、地质情况不同,按弹性动力反应分析计算出的最大应力,不足以全面反映拱坝的抗震安全性。高拱坝对应力的敏感性更为强烈,值得深入研究。
  综上所述,对混凝土大坝特别是高坝的抗震安全评价是一个十分复杂而又需要加强研究的问题。我们提出以下看法和建议。
  (1)对高度超过250m以上的大坝,我国规范要求进行专门研究[10]。日本、俄罗斯等规范对重要大坝也都要求进行专门研究。也就是说,采用单一的应力控制标准来评价大坝的抗震安全性是不足的。要强调指出的是目前所进行的专门研究,关于无限地基的动力相互作用影响,坝基不均匀地震动输入以及横缝影响,坝基断层影响等基本上属于弹性动力响应范畴,我们认为应不仅限于弹性响应分析与弹性动力模型试验,尚应进行非线性动力分析与动力模型破坏试验。同时,还应进行灵敏度分析,研究设计地震动,混凝土材料动力特性等方面的不确定性对大坝动力响应的影响,全面衡量大坝的抗震安全性。此外,规范要求对250m以上的高坝进行专门研究,我们的看法是研究范围可适当扩大,对高度超过200m,甚至150m的大坝,如龙滩大坝最好也补充进行专门研究。
  (2)根据动力分析结果表明,像高拱坝这种以双向受力为主的复杂壳体结构,其关键部位的应力很多处于拉-压工作状态,应采用双轴强度准则检验坝的安全性。不少国家在拱坝抗震设计中已经采用了双轴强度标准[12]。
  (3)对很多高拱坝来说,起控制作用的工况常常是水库为常遇低水位时遭遇强地震作用的工况。此时,水面以上坝的上部产生最大的地震拉应力,比满水位时更为不利。因为满库时静水压力作用产生的压应力可抵消一部分拉应力。不过,低水位时遭遇地震作用,坝上部发生震害,其危害作用与满库情况是不相同的,如果坝踵部位具有足够的抗力,则可建议采用不同的安全系数。许多国家检验大坝安全的抗震设防标准都是和大坝失事的后果相联系的。
  (4)加强两级或多级抗震设防水准的研究,这对于重要大坝的抗震设防更具有现实意义。为保障重要大坝的安全,提高其设防的地震加速度标准,不一定是唯一可行而合理的途径。采用两级或多级抗震设防,可使大坝的抗震设计更为合理,既保障了其安全性,同时又符合经济原则。目前,美国,日本等国,房屋、桥梁等土木建筑物的抗震设计从2000年开始将采用性能设计的方法,在不同风险度的地震作用下,对建筑物提出不同的性能要求。拱坝的抗震设计也宜逐步向性能设计方向努力。这代表着建筑抗震设计的发展趋向。也是提高大坝抗震设计水平的需要。
  (5)加强局部开裂后拱坝抗震安全性评价方法的研究。特别要加强混凝土材料动力特性的研究,建立合理的计算模型,全面反映加载速率与加载历史的影响,使大坝抗震安全性的评价更接近于实际。

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