Page 42 - 2021年第19卷第5期

36 22.0
0.0mm 第一阶
34 0.5mm 21.5 第二阶
32 0.3mm 21.0
0.4mm 20.5
30 0.5mm 20.56 20.61 20.63 20.65 20.68
频率/Hz 28 频率/Hz 20.0
19.5
26
24 19.0 18.96 19 19.05
18.5 18.83 18.92
22
18.0
20
17.5
18
17.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
频率阶次 胶体厚度/mm
图 12 胶体不同厚度对坝体自振频率影响 图 13 胶体不同厚度对坝体前两阶自振频率影响
表 2 尼龙丝弹性模量试验参考值
线编号 直径/mm 面积/mm 2 荷载/kg 应力/MPa 长度/mm 伸长量/mm 应变 弹模/GPa
尼龙丝_1 0.25 0.05 1.00 199.85 2380.00 194.00 0.0815 2.452
尼龙丝_2 0.25 0.05 1.00 199.85 2380.00 195.00 0.0819 2.439

一阶频率从 18.873 Hz 增大到 18.987 Hz，最大增幅为 0.841%；综合分析可知，胶体单独作用和胶与尼
龙丝联合作用对坝体自振频率影响均较小，说明模拟坝面抗震钢筋对大坝刚度影响不大。

34 0.00 倍 22.0 第一阶
0.75 倍 21.5 第二阶
32 1.00 倍
1.25 倍 21.0
30 1.50 倍 20.28 20.59 20.61 20.62 20.64
1.75 倍 20.5 20.56 20.56 20.6 20.62 20.63 20.64
28
2.00 倍
频率/Hz 26 2.25 倍 频率/Hz 19.5 18.92 18.95 18.98
20.0
2.50 倍
3.00 倍
24 2.75 倍 19.0 18.87 18.9
18.5 18.83 18.89 18.91 18.94 18.96 18.99
22
18.0
20
17.5
18 17.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
频率阶次 胶体弹模倍数
图 14 胶体与尼龙丝复合对坝体自振频率影响 图 15 胶体与尼龙丝复合对坝体前两阶自振频率影响
4 结论

本文针对国内某一特高混凝土拱坝振动台试验模型，通过有限元方法分析了包括边界条件、坝
体材料、地基材料、坝面抗震钢筋等多种影响因素参数变化对大坝自振特性的影响。计算结果表
明：（1）地基边界弹模变化时第一阶自振频率从 18.829 Hz 增大到 18.936 Hz，增幅不足 0.6%，且前 6
阶自振频率变化规律基本一致，高阶频率变幅相对明显。（2）坝体自振频率随单层坝体材料弹模呈正
相关变化，且 5 ~ 8 层坝体弹模变化对坝体自振频率影响相对较大，因此坝体加工时应高度重视中高
层坝体材料弹模的一致性和均匀性。（3）当地基材料弹模较低时，大坝自振频率降幅明显。当地基弹
模逐渐增大时，一阶频率最大增幅为 3.125%，前两阶自振频率保持相对稳定，中高阶自振频率增幅
较大，因此在制作地基材料时应尽可能使其弹模与模型设计弹模一致。（4）胶体单独作用和胶与尼龙
丝联合作用对坝体自振频率的影响均较小，第一阶频率的最大增幅仅为 1.14%，前两阶自振频率基本
保持稳定。说明模拟坝面抗震钢筋对大坝刚度影响不大。
分析模拟坝面抗震钢筋对坝体自振特性的影响，是验证和评价该技术措施的合理有效性的基
础，还需依据模型试验动力响应结果，并结合大坝非线性动力损伤计算分析进一步探讨研究。
致谢：本文研究是基于中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心王海波教高、李春雷高工等专家的振动台模型成
果，在此对他们表示衷心感谢！

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