两类横缝接触模型

基于主、从接触面的接触边界方法，采用限制接触面切向滑移的弹簧单元，模拟切向完全约束的高拱坝横缝在地震动荷载作用下张开、闭合的非线性力学行为，并应用有限元隐式迭代方法求解结构的动力响应。为了适应拱坝计算，对基于接触边界的ABAQUS模型进行了功能扩展，包括引入弹簧单元约束切向滑移、嵌入有限元库水附加质量等。通过讨论接触边界与接触单元模型的有限单元格式，比较了两类接触模型的特点。分别采用该模型与基于接触单元法的ADAP-88模型模拟某拱坝的动力响应，两者得到了基本一致的规律：结点位移与横缝开度吻合良好，动位移与开度时程反映出相同的动力响应周期，二者都反映出横缝张开引起的拱向拉应力释放和梁向应力的增加。通过计算验证了ABAQUS模型在拱坝动力计算方面的适用性，说明该模型适合作为一个扩展平台嵌入其他的本构、边界模型以全面模拟实际拱坝的动力特性。

分别采用基于ABAQUS的接触边界模型与基于ADAP-88的接触单元模型研究拱坝横缝的力学行为。对ABAQUS模型的部分功能进行了扩展，包括增加限制切向约束的弹簧单元、引入实体单元位移非协调项以及考虑库水-坝体相互作用的动水附加质量计算。通过讨论两个接触模型的力学描述以及随后进行的拱坝的动力分析，得出以下结论：

(1)相对接触单元严格要求接触两侧网格匹配，接触边界模型在网格划分上更为灵活，可以根据需要调整接触界面两侧的网格密度，以模拟两侧刚度差异较大的接触问题；

(2)两个数值模型得到了基本一致的位移、横缝开度结果，应力结果亦反映出相同的规律，即：横缝张开引起结构应力重分布，坝体中、上部动力效应最为明显，拱向拉应力显著下降，梁向动应力增加；

(3)ABAQUS模型与ADAP-88模型计算结果的吻合，验证了前者在模拟横缝拱坝动力响应方面的适用性，为今后基于该模型研究拱坝材料非线性与抗震加固措施等影响奠定了基础。

模拟实际横缝间距

采用Fenves接触单元模型对小湾拱坝在地震作用下的横缝非线性特性进行了细致深入的研究，内容包括有限元网格收敛性、横缝模拟间距和模拟条数收敛性、横缝灌浆强度的影响、不同水位的影响等，首次采用实际横缝间距和最多达到25条的横缝模拟条数对小湾拱坝进行非线性地震分析，揭示出了许多重要工程规律。 Fenves关于“拱坝横缝非线性分析中只模拟3条横缝就足够了”的研究结论，对于应力分析结果尚可成立，但要得到符合实际的横缝张开度，必须在拱坝关键部位以真实间距模拟横缝，并保证一定的模拟条数。此外，不同库水位对非线性响应影响显著，应予以考虑。