تحلیل دینامیکی سد بتنی وزنی با در نظر گرفتن اندرکنش سد و مخزن (مطالعه موردی: سد بتنی وزنی کوینا)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 کارشناس ارشد، سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 کارشناس ارشد سازه‌های آبی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران، تهران، ایران

10.22034/hydro.2022.12899

چکیده

امروزه ساخت و احداث سدها به‌منظور جمع‌آوری و نگهداری آب رودخانه‌ها برای مصارف آشامیدن، کشاورزی، صنعت امری اجتناب‌ناپذیر است. بااین‌وجود سدها، سازه‌های عظیمی هستند که خطرات بالقوه‌ای را برای جامعه پایین‌دست خود به همراه دارند و شکست آن‌ها می‌‌تواند فاجعه‌آمیز باشد. تحلیل دینامیکی سدهای بتنی به‌دلیل وجود مخزن، نسبت به سازه‌های متعارف از پیچیدگی بیشتری برخوردار است. این پیچیدگی عمدتاً ناشی از اندرکنش سد و مخزن در شرایط لرزه‌ای است. در این پژوهش پاسخ لرزه‌ای سدهای بتنی وزنی با استفاده از نرم‌افزار المان محدود Abaqus در شرایط مختلف پر، نیمه‌پر و خالی بودن مخزن موردبررسی قرارگرفته است. بدین منظور سد بتنی وزنی کوینا با مشخصات هندسی و فیزیکی مشخص با اعمال رکوردهای زمین‌لرزه کوبه مورد تحلیل قرارگرفته است. نتایج حاصل از آنالیز المان محدود نشان می‌دهد مقادیر تنش‌های اصلی در حالات مختلف آنالیز بسیار قابل‌توجه است. عمده این تنش‌ها در محل تغییر شیب پایین‌دست (تراز 5/66 متر) رخ‌داده و موجب تمرکز تنش در این قسمت شده‌اند. همچنین بر اساس نتایج با افزایش تراز مخزن بر میزان نوسان جابه‌جایی‌ها و نیز مقدار آن‌ها افزوده می‌شود. این مسئله ناشی از اندرکنش سد و مخزن و تأثیر نوسان فشار هیدرودینامیک مخزن در منحنی تاریخچه زمانی جابه‌جایی تاج سد می‌باشد. به‌طورکلی در شرایط پر بودن مخزن سطح تنش‌ها و جابه‌جایی‌ها نسبت به سایر حالات بیشتر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Dynamic analysis of concrete gravity dam considering Dam-Reservoir Interaction: Case study of Koyna Dam

نویسندگان [English]

  • Reza Tarinejad 1
  • Arash Anvarzadeh Maraghi 2
  • Ali Asghar Bour 3
1 Associate professor, Faculty of Civil Engineering, Tabriz University, Tabriz, Iran
2 Master of Science in Hydraulic Structures, Tabriz University, Tabriz, Iran
3 Master of Science in Water Structures, Islamic Azad University Science and Research Branch, Tehran, Iran
چکیده [English]

Today, construction of dams to collect and store river water for different consumption purposes including drinking, agriculture, and industry is inevitable. Nevertheless, dams are colossal structures that pose potential dangers to their downstream community and their failure can be catastrophic. Dynamic analysis of concrete dams is more complex than that of conventional structures due to the presence of a reservoir. This complexity mainly results from the dam-reservoir interactions in seismic conditions. In this study, the seismic response of concrete gravity dams was investigated using Abaqus finite element software in different conditions of full, half-full, and empty reservoir. To this end, Koyna concrete gravity dam with specific geometric and physical characteristics was analyzed by applying Kobe earthquake records. The results from finite element analysis showed that the values ​​of the main stresses in different modes of analysis were considerably significant. Most of these stresses occurred at the site of the downstream slope change (level of 66.5 m), thus causing stress concentration in this area. Furthermore, according to the results, upon increasing the reservoir level, the amount and intensity of displacement fluctuations would increase, mainly due to the dam-reservoir interactions and effect of fluctuations in the hydrodynamic pressure of the reservoir in the time curve of the displacement in the crown of dam. In general, in case the reservoir is full, the levels of stress and displacement would be higher than those in other modes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ABAQUS
  • Concrete gravity dam
  • dam-reservoir interaction
  • dynamic analysis
  • finite element method
رستگاری پور، ف.، 1399. کاربرد مدل تصادفی فازی بازه‌ای چندمرحله‌ای در تخصیص آب مطالعه موردی: سد لتیان. هیدروژئولوژی، 5(1): 47-60.
قاضی مرعشی، ا.، و استاد حسین، ح.، 1393. تحلیل ترک در سدهای بتنی وزنی با استفاده از روش‌های اجزای محدود و با بهره‌گیری از معیار مکانیک شکست غیرخطی، هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، بابل.
کلانی ساروکلایی، ل.، نوائی نیا، ب.، 1395. تحلیل دینامیکی سدهای بتنی وزنی در اثر حرکات غیریکنواخت انتقالی و دورانی زلزله با در نظر گرفتن اندرکنش سد و مخزن، نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر، مهندسی عمران و محیط‌زیست، 1(48): ۱۰۳-۹۱.
مظفری، م.، 1398. بررسی مشکل فرار آب از مخزن سد شاه قاسم با استفاده از آنالیز هیدروژئولوژیکی. هیدروژئولوژی، 4(2): 145-156.
مقیمی، ه.، راوش، ف.، کشاورز بخشایش، م.، 1399. بررسی قابلیت آزمون فشار آب در محاسبه میزان نشت از پرده آب‌بند سد سیمره در استان ایلام. هیدروژئولوژی، 5(1): 1-15.
Arici, Y., Binici, B. and Aldemir, A., 2014. Comparison of the expected damage patterns from two-and three-dimensional nonlinear dynamic analyses of a roller compacted concrete dam. Structure and Infrastructure Engineering, 10(3): 305-315.
 Bustamante, J. I., Rosenblueth, E., Herrera, I., Flores, A., 1963. Presion hidrodynamica en presas y depositos. Boletin Sociedad Mexicana de Ingenieria Sismica, 1(2).
Chakrabarti, P., Chopra A. K., 1973. Earthquake Analysis of Gravity Dams Including Hydrodynamic Interaction”, Earthquake Engrg.Struct. Dyn.. 2(2): 143- 160.
Chopra, A.K., Chakarabarti, P. 1981. Earthquake analysis of concrete gravity dams including dam-water-foundation rock interaction. Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 9(4): 363-383.
Chopra, Anil K., and P. Chakrabarti., 1972. The earthquake experience at Koyna dam and stresses in concrete gravity dams. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 1.2: 151-164.
Chopra, A.K., 1967. Hydrodynamic pressure on dams during earthquakes. Proc., ASCE, EM6.
Feneves,G., Chopra, A.K., 1984. Earthquake analysis of concrete gravity dams including bottom dam-water-foundation rock interaction. Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 12: 663-683.
Labib zadeh, M. Sadr nejad, S., Khaje dezfuly, A., 2010, Thermal assessment of karun-1 dam, Academic journals inc, 5(4): 251-266.
Rao. R., M., Shaik. N.N., 2014. Finite Element Modelling and Seismic Response Evaluation of Large Concrete Gravity Dams - An Approach based on Indian Standard Codal Guidelines, International Journal of Emerging Engineering Research and Technology, 2(2): 178-186.
Varughese.J.A., Sreelakshmi.N., 2016. Seismic Behavior of Concret Gravity Dams, Advanced in Computational Design, 1(2): 195-20.
Westergaard, H.M., 1933. Water pressure on dams during earthquake,Transaction, ASCE, 98:418-433
Zangar, C.N., Haefei, R.J., 1952.Electric analog indicates effects of horizontal earthquake shock on dams.Civil Eng.Pp:54-55.
Zhong, H., Wang, NL., Lin, G., 2013. Seismic response of concrete gravity dam reinforced with FRP sheets on dam surface. Water Science and Engineering, 6(4): 409-422.