Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Influence of Fluid Structure Interaction on a Concrete Dam during Seismic Excitation: -Parametric analyses of an Arch Dam-Reservoir-Foundation system
KTH, School of Architecture and the Built Environment (ABE), Civil and Architectural Engineering, Concrete Structures.
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Inverkan av fluid-struktur interaktion på en betongdamm vid jordbävningsbelastning : -Parametriska analyser av en valvdamsmodell (Swedish)
Abstract [en]

The aim of this study is to investigate how Fluid-Structure interaction is included in numerical earthquake analyses of dams. The base for this project is theme A from the 12th international benchmark workshop on numerical analysis of dams, which was held in October 2013. The focus of theme A was how to account for the fluid structure interaction in numerical earthquake analyses of dams.

To highlight how engineers and researchers include this interaction in their analysis, a literature review of the modeling choices and conclusions from all participants are included. Since the workshop contains participants from seven countries, this review aims to describe of how this analysis is carried out in practice.

Further, parametric numerical analyses are performed in this study, where the purpose is to isolate some important parameters and investigate how these influence the results in seismic analyses of dams. These analyses were performed through the use of the finite element method. The geometric model from the benchmark workshop was used and analysed with the commercial software Abaqus. The studied parameters are the choice of fluid element, Rayleigh damping parameters, reservoir boundaries and wave absorption in the foundation-reservoir interface.

The water has a major effect on a dam's seismic behaviour and should be included in the analysis. The added mass approach gives similar results compared with a more sophisticated method. This simplified approach could be used in engineering purpose where the time is limited and the accuracy is of lesser importance, since the calculated stresses are conservative. Using acoustic finite elements provides a reasonable computation time, while also allowing for more advanced features, such as bottom absorption and non-reflecting boundaries

The definition of Rayleigh damping has proven to be a very challenging task, especially as it has a large impact on the results. The choice of boundary conditions for the back end of the reservoir was the parameter that least influenced the results. The conservative approach is to use a fixed boundary where all pressure waves are reflected. The reflection coefficient for the foundation-reservoir interface has a large influence on the results, both for the participants that used this coefficient in the benchmark workshop and for the analyses presented in this study. The coefficient should therefore be used carefully.

Abstract [sv]

Syftet med denna studie är att undersöka hur fluid-struktur interaktion inkluderas i numeriska jordbävningsanalyser av dammar. Detta ämne var ett av de teman som behandlades vid den 12:e internationella benchmark-workshopen för numerisk analys av dammar som hölls i oktober 2014 i Graz, österike.


För att visa hur ingenjörer och forskare tar hänsyn till denna interaktion har en litteraturstudie på bidragen till workshopen genomförts. Då workshopen lockade deltagare från universitet och konstruktionsfirmor från sju länder, är målet att kunna beskriva hur jordbävningsanalyser av dammar utförs i praktiken.


Dessutom har numeriska parameterstudier genomförts, med syfte att isolera enskilda parametrars inverkan vid seismiska anslyser av dammar. Analyserna har utförts med finita elementmetoden och analyserna är utförda med den geometriska modellen som användes i workshopen. Alla analyser har utförts i programmet Abaqus. De analyserade parametrarna är, val av fluid-element, Rayleigh dämpningsparametrar, randvillkor för reservoaren samt tryckvågsabsorption i gränsytan mellan reservoar och berg.


Vattnet har en stor inverkan på dammen och de hydrodynamiska effekterna bör inkluderas vid en jordbävningsanalys. Metoden med impulsiv massa ger liknande resultat jämfört med mer sofistikerade metoder. Denna enklare metod kan användas i samanhang där beräknings och modelleringstid är begränsad och noggrannhet är av mindre intresse så länge resultaten är konservativa. För tillämpningar där noggrannheten är viktigare kan akustiska element användas för att beskriva vattnet. De akustiska element ger möjligheter för mer sofistikerade analyser där t.ex. vågabsorption och icke reflekterande gränser kan beaktas.


Att välja Rayleigh dämpning visade sig var en väldigt utmanande uppgift, där valet hade stor påverkan på resultaten. Valet av randvillkor för reservoarens bortre ände var den parameter som hade minst påverkan på resultaten. Det konservativa valet är att välja en ''fixed'' gräns med full reflektion av tryckvågor.


Reflektionskoefficienten för interaktionen mellan vatten och berg visade sig ha en stor inverkan på resultaten, både för de deltagare i workshopen som valde att använda denna koefficient och för de analyser som presenteras i denna studie. Denna koefficient bör därför användas med försiktighet.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 87 p.
TRITA-BKN-Examensarbete, ISSN 1103-4297 ; 404
Keyword [en]
seismic, fluid-structure interaction, arch dam, concrete, finite element analysis
Keyword [sv]
jordbävning, fluid-struktur interaction, valvdamm, betong, finit element analys
National Category
Civil Engineering
URN: urn:nbn:se:kth:diva-145655OAI: diva2:719471
Subject / course
Concrete Structures
Educational program
Master of Science in Engineering - Urban Management
Available from: 2014-06-12 Created: 2014-05-25 Last updated: 2014-06-12Bibliographically approved

Open Access in DiVA

RH_exjobb(4895 kB)754 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4895 kBChecksum SHA-512
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Hellgren, Rikard
By organisation
Concrete Structures
Civil Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 754 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 965 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link