楊 迅 朱 彤

(1.北京中核四達工程設計咨詢有限公司，北京 100038； 2.大連理工大學 海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧 大連 116024)

我國西南地區(qū)水能豐富，高混凝土拱壩大多建于此，但是此地區(qū)為地震頻發(fā)區(qū)域，因此高混凝土拱壩的抗震安全研究具有十分重要的意義。振動臺動力模型試驗是研究大壩抗震安全的重要手段，通過地震動模型實驗，我們可以分析模型的動力響應，可以很直觀的觀察到損傷破壞位置，再根據(jù)相似理論推算到原型結構[1-3]，同時和數(shù)值模擬計算互為驗證。由于壩體內應力分布以及溫度控制等原因，高混凝土拱壩通常設有橫縫，而這些橫縫面抗拉強度相對較低，在地震荷載作用下易損傷，從而使拱壩內力重分布，進而影響大壩的抗震性能，因此進行分縫拱壩抗震研究是十分必要的。

通過在大連理工大學水下振動臺上進行動力模型試驗，研究帶橫縫高混凝土拱壩在地震荷載作用下的動力特性，并分析了與整體拱壩動力特性的異同點。本文可為高混凝土拱壩的抗震研究和抗震設計提供試驗依據(jù)。

1 模型試驗基本情況

模型材料選用大連理工大學研制的仿真混凝土，該材料具有與混凝土相似的應力應變關系、容重大、抗拉強度低、便于成型和加工制作等特點，可以較好的模擬結構從彈塑性到最終破壞全過程[4]。

地震波的加載方案：1)輸入白噪聲測定帶橫縫拱壩模型的動力特性；2)輸入EI波，逐級提高加速度直至模型破壞。

模型設置兩道橫縫，橫縫、加速度傳感器和應變片的布置見圖1。

2 試驗分析

2.1 基頻及加速度

表1為模型拱壩基頻隨輸入地震加速度變化情況，由表1可知，當振動臺輸入加速度較小時，模型壩體的基頻降低也很明顯。表2列出了3號、6號及7號加速度傳感器在各工況下的數(shù)值，分別對應壩頂拱冠梁處、山體頂部及振動臺臺面處的加速度。圖2為拱壩壩頂處的加速度分布情況[5]。

表1 基頻

表2 臺面及壩體加速度 g

2.2 應變

表3為各測點在各工況下的拉應變值。圖3為各測點的拉應變和壓應變隨振動臺加載級別遞增的變化趨勢圖。由圖3可見，高混凝土拱壩的拉壓應變最大值在拱冠梁的中下部。

表3 拉應變 10e-6

2.3 損傷破壞形態(tài)

圖4為帶橫縫拱壩模型的破壞形態(tài)[5]。與整體拱壩模型試驗相比，帶橫縫拱壩破壞形態(tài)有明顯的不同。整體拱壩的抗震薄弱部位通常在拱冠上部，而該分縫拱壩模型裂縫起裂部位在橫縫以及拱冠的下部。當振動臺輸入加速度為0.57g時,橫縫明顯張開。隨著輸入地震波加速度的增大，拱壩下部裂縫沿水平方向向兩邊發(fā)展，最終和兩條橫縫相交。

3 結語

1)相比較整體拱壩，帶橫縫拱壩基頻低，并且在較低的地震荷載作用下也有較明顯的降低。

2)在彈性振動范圍內，分縫拱壩壩頂?shù)募铀俣入S輸入地震加速度的增加而增加，其中壩中拱冠處加速度最大，向兩側壩肩逐漸減小，這點和整體拱壩相似。

3)分縫拱壩的抗震薄弱部位位于拱冠梁中下部以及橫縫附近，而整體拱壩的抗震薄弱部位通常在拱冠梁上部區(qū)域。

4)本文未考慮庫水與大壩的相互作用。