设计地震作用下拱坝的等效应力应用研究

有限元法由于其适用性强的特点而大量应用于拱坝的应力分析中,但由于有限元法计算结果受网格尺寸和网格形态的影响较大,且易在坝踵和坝趾出现应力集中效应,给拱坝的应力评价带来困难。目前有限元等效应力法多应用于拱坝的静力分析中,但对于拱坝在设计地震作用下的应力分析,仍没有明确的评价标准。本文将有限元等效应力法扩展应用于拱坝的动力分析中,结合沙牌拱坝的工程实例,采用抗震规范的承载能力极限状态设计式对坝体强度进行评价,评价的结果和实际情况较吻合,为等效应力在拱坝动力分析中的应用提供了有益的探索。     

基于等效应力法的混凝土拱坝有限元分析

有限元法分析拱坝应力时,等效应力计算按等效后坝体的主拉、压应力作为控制指标。本文基于拱坝等效应力计算原理,对照应力控制标准,结合工程实例建立三维有限元模型,计算该拱坝不同荷载作用下坝体上、下游面的等效应力,分析其应力控制标准的适宜性,结论可为高拱坝的等效应力研究提供一定的指导价值。     

论混凝土拱坝有限元等效应力

有限元法计算功能很强,但由于应力集中,难以直接用于混凝土拱坝体形设计,本文首先说明采用笔者提出的有限元等效应力可以解决这一矛盾,然后给出它的计算方法和计算结果,最后说明有限元等效应力的控制标准。笔者提出的上述方法和控制准则已为我国《混凝土拱坝设计规范》( DL/T 5346-2006 )所采用。     

坝肩岩体地震残余变形对小湾拱坝安全影响

用有限元模拟拱坝坝体、非连续接触单元模拟坝肩，计算了在设计地震荷载作用下小湾拱坝坝肩残余位移和坝体应力。以拉应力达到坝体混凝土抗拉强度为控制标准，得出坝肩岩体的动力稳定安全系数。计算结果表明，小湾拱坝坝肩仍具有一定的安全度。     

有限元等效应力在拱坝应力设计中的应用

有限元等效应力是拱坝设计规范规定的两种强度校核方法之一,也是规范规定的拱坝强度设计标准,本文介绍了其发展情况、基本理论和计算方法,并结合工程实例介绍有限元等效应力在拱坝设计中的运用,按规范规定的强度标准进行校核,计算结果合理有效,同时与其他计算方法进行了比较分析,揭示了拱坝等效应力计算研究对工程的意义,得出有益结论,为拱坝结构计算研究提供参考。     

碾压混凝土拱坝封拱温度场的仿真分析

混凝土坝的裂缝是一个带有普遍性的现象,因此有"无坝不裂"的说法。在大坝裂缝事故中,除少数裂缝是因结构不合理或地基不均匀沉降引起之外,大部分是由温度应力引起的。目前,普遍采用的拱梁分载法计算拱坝温度荷载难以描述拱坝在荷载作用下开裂状态。基于这一点,本文采用ANSYS有限元数值仿真技术、考虑混凝土材料的非线性,对某处于初设阶段的碾压混凝土拱坝采用混凝土多参数强度准则(非线性有限元法)进行计算。根据初设阶段资料和混凝土拱坝设计规范的要求对大坝关键部位进行等效应力计算并分析坝基面开裂状况,并对大坝封拱温度取值进行专门分析。在满足应力控制标准和施工可行的情况下提出合理的特征拱圈封拱温度值,以供设计人员参考。     

基于ABAQUS的拱坝三维有限元等效应力计算

在拱坝三维弹性有限元计算中，近基础部位会出现明显的应力集中，而坝踵坝趾常为拱坝应力控制的关键部位，得到其准确的应力分布对指导设计具有重要意义。通过ABAQUS进行拱坝三维有限元计算，结合Python二次开发实现拱坝建基面任意积分路径应力的提取和截面内力的计算，并通过材料力学法完成局部等效应力处理。计算表明：该方法能实现建基面任意路径下的应力等效，有效改善坝体应力集中现象。     

混凝土单曲拱坝运营期有限元分析

采用有限单元法对白莲崖水电站碾压混凝土拱坝进行仿真分析,并把计算结果与拱梁分载法、有限元等效应力法的计算结果进行分析比较,指出用有限元法分析拱坝的优势和不足,为有限元法在拱坝设计中应用提供了参考依据。     

拱坝应力控制标准研究

实践经验表明，我国现行混凝土拱坝设计规范存在下列问题：应力标准与建筑物重要性无关，允许主拉应力与混凝土强度无关，拱坝应力分析主要采用多拱梁法和有限无法，但同一拱坝用不同多拱梁法程序计算的结果并不一致，尤其是拉应力相差较多，有限元法具有较强计算功能，但由于应力集中，计算的应力值很大，缺乏合适的应力控制标准。通过对影响拱坝应力控制标准的各项因素进行较深入的分析，提出了一套新的拱坝应力控制标准，使上述各问题都得到了解决。     

基于ANSYS的拱坝等效应力分析

在拱坝有限元分析成果的基础上进行等效应力计算是件繁琐的工作。利用ANSYS参数化设计语言对拱坝有限元等效应力进行了二次开发,使等效应力的计算变得简单方便,易于掌握,为有限元技术在拱坝分析中的广泛应用提供了有力的技术支持。     

基于 ANSYS 的拱坝三维有限元等效应力分析

有限单元法可处理多种复杂的边界条件,计算过程更严密,在拱坝应力分析中已广泛应用。通过对坝体的离散化,将坝体离散为相互作用的单元和节点进行复杂条件下的应力分析。采用 ANSYS 分析软件计算了某水库单曲浆砌石拱坝在多种荷载组合作用下的坝体应力及变形,实现了等效应力的参数化计算,并与拱梁分载法计算成果进行对比分析,进而对拱坝结构安全性进行分析评价。     

基于拱梁分载法的拱坝应力分析

运用拱梁分载法对某混凝土双曲拱坝设计方案进行了大坝静力及动力分析,选取8拱15梁对拱坝进行拱梁网格划分,计算了荷载基本组合和偶然组合下的9个计算工况,得到了上、下游坝面的应力极值。由应力极值结果表明,该拱坝设计方案应力分布规律合理,最大主拉应力值、最大主压应力值、梁向应力值与拱向应力值在控制工况下均满足我国规范规定的应力控制要求,可为实际工程设计与抗震安全提供参考。     

厅子塘水电站砌石拱坝结构三维有限元分析

根据浆砌石坝设计规范和混凝土拱坝设计规范,结合云南厅子塘水电站细石混凝土砌石双曲拱坝工程特点,采用三维有限元方法,对拱坝体在多种荷载组合的工况条件下的坝体应力和变形进行了研究。研究结果表明,砌石双曲拱坝坝体的应力及变形均符合有限元计算一般规律,坝体最大位移在允许范围内,坝体上游面应力偏大,但在进行有限元等效应力核算后,计算研究结果在规范允许范围内。     

混凝土拱坝应力分析的有限元方法探讨

混凝土材料的力学性质非常复杂,目前还难以用精确的本构关系来描述。近年来常用线弹性及弹塑性理论分析混凝土拱坝的应力。由于在拱坝近基础部位存在明显的应力集中,这对有限元法计算结果的评价带来了困难,成为有限元法应用于拱坝应力计算的“瓶颈”。为了明确应力集中部位的真实应力水平,文章另辟蹊径,以大型分析软件ANSYS为平台,针对同一个模型,在相同的荷载作用下,分别采用混凝土单轴强度准则（线性有限元法）和混凝土多参数强度准则（非线性有限元法）进行计算。主要研究2种方法应力计算结果的差异,在此基础上,以坝体开裂现象为手段研究拱坝近基础部位的应力集中现象。期望将2种计算方法结合起来,从不同角度研究坝体的应力分布和裂缝开展。     

基于坝—岩基—水耦合解析的坝肩动力稳定分析

为了模拟三维状态下坝、岩基、库水的动力相互作用机理,研究提出了基于坝—岩基—水耦合的三维有限元分析方法。通过分析坝—岩基—水耦合动力相互作用理论,给出了坝—库水体的耦合条件、坝—岩基—库水的边界条件以及地震时粘性边界的分析方法。以某拱坝工程为实例,应用耦合三维有限元方法计算了拱坝及滑裂面应力分布,采用有限单元法和刚体极限平衡法,计算了坝肩各处的抗滑稳定安全系数。结果表明:最大拱向应力、梁向应力均出现在下游面,分别为1.43 MPa、1.50 MPa,在材料可承受的范围内。通过有限元法计算得到的拱坝坝肩岩体抗滑稳定安全系数为2.78~3.23,通过刚体极限平衡法计算的抗滑稳定安全系数为2.89~3.43,两者相差很小,说明该计算方法是有效的。研究成果可为拱坝坝肩抗滑稳定分析提供参考。     

拱坝设计计算的几个问题

讨论了有限单元－等效应力法在拱设计中的应用、拱坝极限荷载的计算以及拱坝抵抗沿倾斜坝基面上滑的稳定性等问题。     

网格尺寸对拱坝等效应力分析的影响

本文对有限元内力法求解拱坝等效应力分析方法进行了进一步改进。建立了拱梁向应力为直线分布时以上、下游面等效应力为未知量而拱或梁截面上的约束内力为已知量的求解方程，并根据常规的多拱梁应力分布假定及上、下游面已知应力边界条件，导出了上、下游面其余应力分量求解公式。对溪洛渡高拱坝在水压力(含淤砂压力)、温升、温降及自重等荷载作用下不同网格的计算结果表明，拱厚方向采用两层以上单元、拱梁方向网格采用足够精度的网格可得到基本稳定的等效应力结果。