Seismic damages that occurred by the effects of epicenter distance of the earthquake are one of the most important problems for the earthquake engineering. In this study, it is aimed to examine the nonlinear seismic behaviors of concrete gravity (CG) dams considering various epicenter distances. For this purpose, Boyabat CG dam that is one of the biggest concrete gravity dams in Turkey is selected as a numerical application. FLAC3D software based on finite difference method is used for modelling and analyzing of the dam. Drucker-Prager nonlinear material model is used for the concrete body and Mohr-Coulomb nonlinear material model is taken into account for the foundation. Special interface elements are used between dam body and foundation to represent interaction condition. Free-field and quiet non-reflecting boundary conditions are utilized for the main surfaces of 3D model. Total 5 various epicenter distances of 1989 Loma Prieta earthquake are considered in 3D earthquake analyses and these distances are 5 km, 11 km, 24 km, 85 km and 93 km, respectively. According to 3D seismic results, x-y-z displacements, principal stresses and shear strain failures of the dam are evaluated in detail. It is clearly seen from this study that the nonlinear seismic behaviors of the CG dams change depending to epicenter distance of the earthquake. Thus, it is clearly recommended in this study that when a CG dam is modelled or analyzed, distance of the earthquake fault to the dam should be strongly examined in detail. Otherwise, earthquake damages can be occurred in the concrete dam body by the effects of seismic loads.
An anisotropic damage mechanics approach is introduced which models the static and dynamic behavior of mass concrete in 3D space. The introduced numerical approach is able to model non-uniform cracking within the cracked element due to cracking in Gaussian points of elements. The validity of the proposed model is considered using available experimental and theoretical results under the static and dynamic loads. No instability and stress locking is observed in the conducted analyses. The Morrow Point dam is analyzed including dam-reservoir interaction effects to consider the nonlinear seismic behavior of the dam. It is found that the resulting crack profiles are in good agreement with those obtained from the smeared crack approach. It is concluded that the proposed model can be used in nonlinear static and dynamic analysis of concrete dams in 3D space and enables engineers to define the damage level of these infrastructures. The performance level of the considered system is used to assess the static and seismic safety using the defined performance based criteria.
Dynamic analysis of dam-reservoir-foundation system is usually carried out by employing a simplified and approximate one-dimensional model to account for fluid-foundation interaction. The approximation introduced on this basis is examined thoroughly in this paper by comparing the method with the rigorous approach. It is concluded that the errors due to approximate method could be very significant both for horizontal and vertical ground motions.
Current code procedures for stress and stability analysis of new and existing concrete-gravity dams are primarily based on conventional methods of analysis. Such methods can be applied in a straightforward manner but there has been evidence that they may be inaccurate or, possibly, not conservative. This paper presents finite element modeling and analysis procedures and makes recommendations for local failure criteria at the dam-rock interface aimed at predicting more accurately the behavior of dams under hydraulic and anchoring loads.
Seismic safety evaluation of concrete gravity dams is very important because failure of concrete gravity dam may incur huge 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 darns designed before current seismic design provisions were implemented. This research develops the dynamic fluid pressure calculation using 'added mass simulation'. The actual analysis using structural analysis package was performed. According to the analysis results, the vibration which is transverse to water flow seems to be very critical depending on the shape of the dam.
Dynamic analyses for a suite of ground of motions were conducted on concrete gravity dam sections to examine the earthquake induced stresses and effective damping. For this purpose, frequency domain methods that rigorously incorporate dam-reservoir-foundation interaction and time domain methods with approximate hydrodynamic foundation interaction effects were employed. The maximum principal tensile stresses and their distribution at the dam base, which are important parameters for concrete dam design, were obtained using the frequency domain approach. Prediction equations were proposed for these stresses and their distribution at the dam base. Comparisons of the stress results obtained using frequency and time domain methods revealed that the dam height and ratio of modulus of elasticity of foundation rock to concrete are significant parameters that may influence earthquake induced stresses. A new effective damping prediction equation was proposed in order to estimate earthquake stresses accurately with the approximate time domain approach.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.11a
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pp.713-716
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2006
The main purpose of this research was to enhance the durability in both the design and construction of dams. Especially, in case of rockfill dams, the durability of tunnel concrete in a concrete-faced rockfill dam(CFRD) is achieved by optimizing the fly ash replacement for cement and application of steel fiber. The effect on durability and thermal property corresponding to the increasing replacement of fly ash and application of steel fiber was evaluated, and the optimum value of fly ash replacement and steel fiber application was recommended. The results show that 15% of fly ash replacement and $20kg/m^3$ of steel fiber application was found to be an optimum level and demonstrated excellent performance in durability and thermal property.
The aim of this study is to investigate arrival direction effects of travelling waves on non-linear seismic response of arch dams. It is evident that the seismic waves may reach on the dam site from any direction. Therefore, this study considers the seismic waves arrive to the dam site with different angles, ${\theta}=0^{\circ}$, $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$, $75^{\circ}$, and $90^{\circ}$ for non-linear analysis of arch dam-water-foundation interaction system. The N-S, E-W and vertical component of the Erzincan earthquake, on March 13, 1992, is used as the ground motion. Dam-water-foundation interaction is defined by Lagrangian approach in which a step-by-step integration technique is employed. The stress-strain behavior of the dam concrete is idealized using three-dimensional Drucker-Prager model based on associated flow rule assumption. The program NONSAP is employed in response calculations. The time-history of crest displacements and stresses of the dam are presented. The results obtained from non-linear analyses are compared with that of linear analyses.
The behavior variation of concrete dam is investigated, based on a new method for analyzing the data model of concrete dam in service process for the limitation of wavelet transform for solving concrete dam service process model. The study takes into account the time and position of behavior change during the process of concrete dam service. There is no dependence on the effect quantity for overcoming the shortcomings of the traditional identification method. The panel data model is firstly proposed for analyzing the behavior change of composite concrete dam. The change-point theory is used to identify whether the behavior of concrete dams changes during service. The phase space reconstruction technique is used to reconstruct the phase plane of the trend effect component. The time dimension method is used to solve the construction of multi-transformation model of composite panel data. An existing 76.3-m-high dam is used to investigate some key issues on the behavior change. Emphasis is placed on conversion time and location for three time periods consistent with the practical analysis report for evaluating the validity of the analysis method of the behavior variation of concrete dams presented in this paper.
In the present article, effect of non-uniform excitation due to spatially variation of seismic input on nonlinear response of concrete gravity dams is considered. The reservoir is assumed compressible. Isotropic damage mechanics approach is used to model static and dynamic nonlinear behavior of mass concrete in 2D space. The validity of utilized nonlinear model is considered using available theoretical results under static and dynamic conditions. The tallest monolith of Pine Flat dam is selected as a case study. Two cases are analyzed for considering the effect of limited wave propagation velocity on seismic behavior of the dam-reservoir system in which travelling velocities are chosen as 2000 m/s and infinity. It is found that tensile damage in neck and toe regions and also, in the vicinity of the base increase when the system is excited non-uniformly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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