Large dams are a part of the infrastructure of any society, and a huge amount of resources are consumed to build them. Among the various types of dams, the optimum design of concrete gravity dams requires special attention because these types of dams require a huge amount of concrete for their construction. On the other hand, concrete gravity dams are among the structures whose design, regarding the acting forces, geometric parameters, and resistance and stability criteria, has some complexities. In the present study, an optimization methodology is proposed based on Sequential Quadratic Programming (SQP), and a computer program is developed to perform optimization of concrete gravity dams. The optimum results for 45 concrete gravity dams are studied and regression analyses are performed to obtain some explicit formulas for optimization of the gravity dams. The optimization of concrete gravity dams can be provided easily using the developed formulas, without the need to perform any more optimization process.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.05a
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pp.183-188
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2001
The objective of this study is firstly to frame up the seismic safety of concrete gravity dams. It is necessary to analyze seismic response and evaluate seismic performance of concrete gravity dams during earthquake. In this study, seismic damage and dynamic analysis of concrete gravity dams using SAP2000 program are peformed. Additional dynamic water pressure due to earthquake was considered as additional mass for numerical seismic analysis. But, further research will be necessary for the seismic stability of dams.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.325-330
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2000
The objective of this study is firstly to frame up the seismic safety of concrete gravity dams. It is necessary to analyze seismic response and evaluate seismic performance of concrete gravity dams during earthquake. In this study, seismic damage and dynamic analysis of concrete gravity dams using SAP2000 program are performed. Additional dynamic water pressure due to earthquake considered as additional mass for numerical seismic analysis. But, further research will be needed for the seismic stability of dams.
This study presents the effects of geometrical dimensions of concrete gravity dams on the seismic response considering different base width/dam height (L/H) ratios. In the study, a concrete gravity dam with the height of 200 m is selected and finite element models of the dam are constituted including five different L/H ratios such as 0.25, 0.5, 0.75, 1.00, 1.25. All dams are modeled in ANSYS software considering dam-reservoir-foundation interaction. 1989 Loma Prieta earthquake records are applied to models in upstream-downstream direction and linear time history analyses are performed. Dynamic equilibrium equations of motions obtained from the finite element models of the coupled systems are solved by using Newmark time integration algorithm. The seismic response of the models is evaluated from analyses presenting natural frequencies, mode shapes, displacements and principal stresses. The results show that the L/H ratios considerably affect the seismic response of gravity dams. Also, the model where L/H ratio is 1.00 has more desirable results and most appropriate representation of the seismic response of gravity dams.
Recently, the seismic stability evaluation of concrete gravity dams is raised due to the failure of dams occurred by the Izmit, Turkey and JiJi, Taiwan earthquake in 1999. Dams failure may incur loss of life and properties around the dam as well as damage to dam structure itself. Recently, there has been growing much concerns about "earthquake - resistance" or "seismic safety" of existing concrete gravity dams designed before current seismic design provisions were implemented. This research develops three evaluation levels for seismic stability of concrete gravity dams on the basis of the evaluation method of seismic stability of concrete gravity dams in U.S.A., Japan, Canada, and etc. Level 1 is a preliminary evaluation which is for purpose of screening. Level 2 is a pseudo-static evaluation on the basis of the seismic intensity method. And level 3 is a detail evaluation by the dynamic analysis. Evaluation results on existing concrete gravity dams on operation showed good seismic performance under designed artificial earthquake(KHC earthquake).
Dams are important structures for management of water supply for irrigation or drinking, flood control, and electricity generation. In seismic regions, the structural safety of concrete gravity dams is important due to the high potential of life and economic loss if they fail. Therefore, the seismic analysis of existing dams in seismically active regions is crucial for predicting responses of dams to ground motions. In this paper, earthquake response of concrete gravity dams is investigated using the finite element (FE) method. The FE model accounts for dam-water-foundation rock interaction by considering compressible water, flexible foundation effects, and absorptive reservoir bottom materials. Several uncertainties regarding structural attributes of the dam and external actions are considered to obtain the fragility curves of the dam-water-foundation rock system. The structural uncertainties are sampled using the Latin Hypercube Sampling method. The Pine Flat Dam in the Central Valley of Fresno County, California, is selected to demonstrate the methodology for several limit states. The fragility curves for base sliding, and excessive deformation limit states are obtained by performing non-linear time history analyses. Tensile cracking including the complex state of stress that occurs in dams was also considered. Normal, Log-Normal and Weibull distribution types are considered as possible fits for fragility curves. It was found that the effect of the minimum principal stress on tensile strength is insignificant. It is also found that the probability of failure of tensile cracking is higher than that for base sliding of the dam. Furthermore, the loss of reservoir control is unlikely for a moderate earthquake.
Vibration based damage detection is very popular in the civil engineering area. Especially, special structures like dams, long-span bridges and high-rise buildings, need continues monitoring in terms of mechanical properties of material, static and dynamic behavior. It has been stated in the International Commission on Large Dams that more than half of the large concrete dams were constructed more than 50 years ago and the old dams have subjected to repeating loads such as earthquake, overflow, blast, etc.,. So, some unexpected failures may occur and catastrophic damages may be taken place because of theloss of strength, stiffness and other physical properties of concrete. Therefore, these dams need repairs provided with global damage evaluation in order to preserve structural integrity. The paper aims to show the effectiveness of the model updating method for global damage detection on a laboratory arch dam model. Ambient vibration test is used in order to determine the experimental dynamic characteristics. The initial finite element model is updated according to the experimentally determined natural frequencies and mode shapes. The web thickness is selected as updating parameter in the damage evaluation. It is observed from the study that the damage case is revealed with high accuracy and a good match is attained between the estimated and the real damage cases by model updating method.
We carried out this study to provide basic data necessary to establish a management plan for concrete erosion control dams in the future by analyzing results of detailed inspections of aged dams conducted in accordance with 「Guidelines for the Maintenance of the Erosion Control Facility」. We analyzed the results of a detailed inspection of 54 concrete erosion control dams which had been built over 20 years previously, located in private forests of Gyeongsangbuk-do using statistical methods. Having conducted exterior defect investigations, we found 18 dams (33.4%) in need of repair or follow-up measures and 15 dams in which the overall grade was changed due to investigator's corrections; we therefore considered that standardization of related standards and indicators would be necessary. After conducting concrete compression strength tests, we found 19 dams (35.2%) to be below the standard value of 21 MPa, and in particular, we included, in grade A, eight dams which we judged to be in good condition as a result of the exterior defect inspection. There was little clear correlation between the total score and the compressive strength of concrete, but there was a statistically significant difference in the compressive strength by overall grade. After analyzing the changes in the characteristics of the erosion control dams according to the elapsed years after construction, we detected no particular trend in the changes of total score and compressive strength over time. However, the cumulative ratio of the dams that required repair and follow-up measures and the dams below the compression strength standard had a strong positive linear relationship over time, suggesting that it would be possible to identify the aging characteristics of concrete erosion control dams.
A modal approach is proposed for dynamic analysis of concrete arch dam-reservoir systems in frequency domain. The technique relies on mode shapes extracted by considering the symmetric parts of total mass and stiffness matrices. Based on this method, a previously developed program is modified, and the response of Morrow Point arch dam is studied for various conditions. The method is proved to be very effective and it is an extremely convenient modal technique for dynamic analysis of concrete arch dams.
A FE-(FE-HE)-BE procedure is presented for dynamic analysis of concrete arch dams. In this technique, dam body is discretized by solid finite elements, while the reservoir domain is considered by a combination of fluid finite elements and a three-dimensional fluid hyper-element. Furthermore, foundation rock domain is handled by three-dimensional boundary element formulation. Based on this method, a previously developed program is modified, and the response of Morrow Point arch dam is studied for various conditions. Moreover, the effects of canyon shape on response of dam, is also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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