한국지진공학회 2001년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 2001
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pp.216-223
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2001
The necessity of the seismic capacity evaluation of existing concrete gravity dams i: through the Izmit, Turkey and JiJi, Taiwan earthquake in 1999. In this study, the method seismic capacity evaluation of existing concrete gravity dams in U.S. A., Japan and Canada reviewed, applied them to the concrete gravity dam in use. Evaluation of the seismic ca approach using three levels that are level 1 - Screening, level 2 - Pseudostatic Metho level 3 - Dynamic Analysis, Method.
The shaking table tests were conducted on two small-scale models (Model 1 and Model 2) to examine the earthquake-induced damage of a concrete gravity dam, which has been planned for the construction with the recommendation of the peak ground acceleration of the maximum credible earthquake of 0.42 g. This study deals with the numerical simulation of shaking table tests for two smallscale dam models. The plastic damage constitutive model is used to simulate the crack/damage behavior of the bentonite-concrete mixture material. The numerical results of the maximum failure acceleration and the crack/damage propagation are compared with experimental results. Numerical results of Model 1 showed similar crack/damage propagation pattern with experimental results, while for Model 2 the similar pattern was obtained by considering the modulus of elasticity of the first and second natural frequencies. The crack/damage initiated at the changing point in the downstream side and then propagated toward the upstream side. Crack/damage accumulation occurred in the neck area at acceleration amplitudes of around 0.55 g~0.60 g and 0.65 g~0.675 g for Model 1 and Model 2, respectively.
중력식 콘크리트 댐은 댐의 자중에 의해 수압 등의 외력에 저항하여 역학적인 안정을 유지하는 댐으로 크게 내부콘크리트와 외부콘크리트로 분류되어 시공된다. 성덕 다목적댐은 경북내륙지역의 안정적 용수공급 및 보현천, 길안천유역의 홍수피해 경감을 위해 경상북도 청송군에 건설 중인 댐으로, 댐길이 274m 댐높이 58.5m 총 저수용량 27.9${\times}$10$^6$ m$^3$ 규모의 중력식 다목적 댐이다. 본 댐의 분할 타설고 설정 및 수화열에 의한 온도 균열 유무 조사 등의 목적으로 상류 가물막이댐에 대한 시험시공을 실시하였다.본 연구에서는 성덕 다목적댐의 내부 및 외부콘크리트의 배합, 강도 특성 및 단열온도 등의 역학적 특성과 발열 특성을 실내실험을 통하여 확인하고, 상류 가물막이댐의 시험시공시 온도 및 응력 계측을통한 현장에서의 수화열과 온도응력 특성을 검토하였다.
In the safety check of gravity dams at earthquake, there have been two types of analysis conducted simultaneously; one is stability analysis and the other stress analysis. But those are essentially the same calculation other than the former considers the dams rigid, while the latter considers the dams' dynamic characteristics which results in the amplification of response acceleration on the upper part of dam body. In this paper, the identity of those two methods is verified by example calculation in terms of stability check of gravity dam. It can be concluded that if stress analysis were performed, stability check of gravity dam could be accomplished with the results from stress analysis, removing unnecessary present dual calculation practice.
The concrete gravity dam is one of the most important parts of the nation's infrastructure. Besides the benefits, the dam also has some potentially catastrophic disasters related to the life of citizens directly. During the lifetime of service, some degradations in a dam may occur as consequences of operating conditions, environmental aspects and deterioration in materials from natural causes, especially from dynamic loads. Cumulative Absolute Velocity (CAV) plays a key role to assess the operational condition of a structure under seismic hazard. In previous researches, CAV is normally used in Nuclear Power Plant (NPP) fields, but there are no particular criteria or studies that have been made on dam structure. This paper presents a method to calculate the limitation of CAV for the Bohyeonsan Dam in Korea, where the critical Peak Ground Acceleration (PGA) is estimated from twelve sets of selected earthquakes based on High Confidence of Low Probability of Failure (HCLPF). HCLPF point denotes 5% damage probability with 95% confidence level in the fragility curve, and the corresponding PGA expresses the crucial acceleration of this dam. For determining the status of the dam, a 2D finite element model is simulated by ABAQUS. At first, the dam's parameters are optimized by the Minitab tool using the method of Central Composite Design (CCD) for increasing model reliability. Then the Response Surface Methodology (RSM) is used for updating the model and the optimization is implemented from the selected model parameters. Finally, the recorded response of the concrete gravity dam is compared against the results obtained from solving the numerical model for identifying the physical condition of the structure.
In the present work, a new global damage index is proposed for the seismic performance and failure analysis of concrete gravity dams. Unlike the existing indices of concrete structures, this index doesn't need scaling with an ultimate or an upper value. For this purpose, the Beni-Haroun dam in north-eastern Algeria, is considered as a case study, for which an average seismic capacity curve is first evaluated by performing several incremental dynamic analyses. The seismic performance point of the dam is then determined using the N2 method, considering multiple modes and taking into account the stiffness degradation. The seismic demand is obtained from the design spectrum of the Algerian seismic regulations. A series of recorded and artificial accelerograms are used as dynamic loads to evaluate the nonlinear responses of the dam. The nonlinear behaviour of the concrete mass is modelled by using continuum damage mechanics, where material damage is represented by a scalar field damage variable. This modelling, which is suitable for cyclic loading, uses only a single damage parameter to describe the stiffness degradation of the concrete. The hydrodynamic and the sediment pressures are included in the analyses. The obtained results show that the proposed damage index faithfully describes the successive brittle failures of the dam which increase with increasing applied ground accelerations. It is found that minor damage can occur for ground accelerations less than 0.3 g, and complete failure can be caused by accelerations greater than 0.45 g.
Dynamic analysis of concrete gravity dam-reservoir systems is an important topic in the study of fluid-structure interaction problems. It is well-known that the rigorous approach for solving this problem relies heavily on employing a two-dimensional semi-infinite fluid element. The hyper-element is formulated in frequency domain and its application in this field has led to many especial purpose programs which were demanding from programming point of view. In this study, a technique is proposed for dynamic analysis of dam-reservoir systems in the context of pure finite element programming which is referred to as the wavenumber approach. In this technique, the wavenumber condition is imposed on the truncation boundary or the upstream face of the near-field water domain. The method is initially described. Subsequently, the response of an idealized triangular dam-reservoir system is obtained by this approach, and the results are compared against the exact response. Based on this investigation, it is concluded that this approach can be envisaged as a great substitute for the rigorous type of analysis.
Dams play a vital role in the development and sustainment in a country. Failure of dams leads to the catastrophic event with sudden release of water and is of great concern. Hence earthquake-resistant design of dams is of prime importance. The present study involves static, modal and transient analyses of dam-reservoir-foundation system using finite element software ANSYS 15. The dam and the foundation are modeled with 2D plane strain element "PLANE 42" and the reservoir by fluid acoustic element "FLUID 29" with proper consideration of fluid-structure interaction. An expression for the fundamental period of concrete dams is developed based on modal analysis. Seismic response of gravity dams subjected to earthquake acceleration is evaluated in terms of peak displacement and stress.
This paper deals with the study of hydrodynamic pressure in reservoir adjacent to the concrete gravity dam subjected to dynamic excitation. Widely famous finite element method is used to discretize the reservoir domain for modelling purpose. Pressure is considered as nodal variable following Eulerian approach. A suitable nonreflecting boundary condition is applied at truncated face of reservoir to make the infinite reservoir to finite one for saving the computational cost. Thorough studies have been done on generation of hydrodynamic pressure in reservoir with variation of different geometrical properties. Velocity profile and hydrodynamic pressure are observed due to harmonic excitation for variation of inclination angle of dam reservoir interface. Effect of bottom slope angle and inclined length of reservoir bottom on hydrodynamic pressure coefficient of reservoir are also observed. There is significant increase in hydrodynamic pressure and distinct changes in velocity profile of reservoir are noticeable for change in inclination angle of dam reservoir interface. Change of bottom slope and inclined length of reservoir bottom are also governing factor for variation of hydrodynamic pressure in reservoir subjected to dynamic excitation.
This paper presents seismic analysis of concrete gravity dams considering soil-structure-fluid interaction. Displacement based plane strain finite element formulation is considered for the dam and foundation domain whereas pressure based finite element formulation is considered for the reservoir domain. A direct coupling method has been adopted to obtain the interaction effects among the dam, foundation and reservoir domain to obtain the dynamic responses of the dam. An efficient absorbing boundary condition has been implemented at the truncation surfaces of the foundation and reservoir domains. A parametric study has been carried out considering each domain separately and collectively based on natural frequencies, crest displacement and stress at the neck level of the dam body. The combined frequency of the entire coupled system is very less than that of the each individual sub-system. The crest displacement and neck level stresses of the dam shows prominent enhancement when coupling effect is taken into consideration. These outcomes suggest that a complete coupled analysis is necessary to obtain the actual responses of the concrete gravity dam. The developed methodology can easily be implemented in finite element code for analyzing the coupled problem to obtain the desired responses of the individual subdomains.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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