静力与动力荷载下高拱坝体型多目标优化设计

本文基于静、动力荷载作用下高拱坝的安全性与经济性，建立了高拱坝体型多目标优化设计模型，利用模糊理论提出了多目标优化的评价函数。以小湾拱坝为例，进行了体型优化设计，优化体型与初始体型相比，在坝体体积、应力指标和抗震能力上都得到了改善。     

基于应变能的拱坝体型优化设计

考虑静力荷载作用下双曲拱坝的安全性，对最大主拉应力、拉应力区范围、整体安全度和抗屈折稳定等安全指标进行了综合分析。提出以坝体应变能指标作为拱坝体型优化的安全目标函数，建立拱坝体型优化设计模型并采用进化策略进行求解。以白鹤滩拱坝为例，优化体型与初始体型相比，体积方量减少1.58万m3，坝体应变能、最大主拉应力、最大主压应力以及位移等结构响应量都得到了降低，优化效果明显。     

白鹤水电站拱坝体型优化设计

针对浙江省重点工程─—白鹤水电站的拱坝设计，利用水利水电科学研究院的ADASO程序及浙江大学的ADAO程序对白鹤水电站拱坝进行了体型优化及应力分析，得出以下几点结论：（1）通过体型优化，减少坝体工程量约10％；（2）两套程序的优化体型基本相同；（3）对于中小型拱坝，拉应力是控制条件；（4）两套程序的拱圈厚度变化的α值取法不同．     

二滩拱坝的布置及应力稳定分析

简要介绍了二滩拱坝的设计，包括坝轴线和坝型选择、体型优化及拱坝应力和稳定分析。优化后的体型较优，应力和稳定分析表明，拱坝是安全的。     

具有智能的拱坝设计系统

本文阐述一个用于拱坝设计的计算机软件系统。该系统能分析坝体应力和坝肩稳定性。能对８种体型拱坝进行优化设计。系统有一个知识库和一个推理包，可以用于生成十个以上抛物线型拱坝的初始方案，系统采用多目标模糊优化方法选择满意方案，还提供一个设计实例。     

拱坝体型的优化设计

本文讨论了拱坝应力分析的分载位移法，建立了拱坝体型优化设计的数字模型．优化方法采用序列二次规划法，并对浙江磐安县雷滚口拱坝进行了体型优化设计．优化后拱坝的混凝土方量比原设计方量节省１７．７％，且在基本荷载组合下应力满足设计要求，改善了原设计的应力条件．     

材料置换法改善拱坝应力集中的数值模拟

通过体型优化设计可使拱坝坝体以受压为主,当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度后,由于应力重新分布的作用,使局部区域的拉应力转变为压应力.以某拱坝为例,通过置换拉应力较大区域的混凝土为低弹模混凝土,使坝体以受压为主,充分发挥混凝土抗压强度高的特点,改善坝体的应力状态,提高坝体的强度安全性.采用有限元ANSYS10.0为平台,以坝高100 m的拱坝为计算模型,利用直接耦合法计算拱坝应力,得到拱坝在温升和温降工况下的应力分布状况,主要分析了对坝体拉应力不利的温降工况;采用低弹模混凝土置换坝体拉应力值比较大的区域,使置换区域的拉应力减小约50%,而压应力增加的幅度不明显,可以改善拱坝坝体拉应力集中现象,提高了拱坝的安全性.     

拱坝加切角措施对坝肩拉应力的影响研究

拱坝是空间壳体结构,体型较为复杂,拉应力过大会导致坝肩失稳甚至溃坝。大量的工程经验表明,拱坝最大主应力常出现在坝肩处,坝肩拉应力的大小直接影响大坝的安全运行。为有效减小坝肩拉应力,采用ANSYS有限元等效应力法,建立拱坝整体有限元模型,对模型施加静水压力、泥沙压力、扬压力、重力、弧门推力等荷载,研究已有高拱坝工程中拱坝坝体结构设计中的加切角问题,分析拱坝在正常温升、正常温降2种运行情况下拱坝坝肩受力情况,与在同种运行情况下与不加切角拱坝作对比分析。结果表明:加切角可有效改善拱坝坝肩受力情况,降低坝肩拉应力。研究成果可为减小拱坝坝肩拉应力设计和实际施工提供参考依据。     

小湾拱坝砼弹模与基岩变模敏感性分析

小湾拱坝为世界第一高拱坝，坝体的拉压应力均已达到较高水平，坝体的砼弹模、基岩变模对坝体应力、变位有较大影响，对其进行敏感性分析有助于坝体的体型设计，使之适应于各种运行工况及施工期的特殊要求。     

心形线用于拱坝水平拱圈的探讨

近年来拱坝的拱圈线型趋于多元化,有学者提出心形线作为拱坝水平拱圈的设想,但在拱圈布置时未充分考虑心形线的受力特性,存在一定的缺陷。进一步研究心形线的性质,优化心形线拱圈的布置,对推动拱坝设计技术的发展大有益处。通过数学推导初步摸清了心形线用于水平拱圈的一些基本性质,并提出了适合受力特点的心形线拱圈的新布置方式。拟定某已建工程相似的心形线拱坝体型,采用多拱梁法计算坝面应力,结果表明新体型与原体型应力差别不大,可以初步判断心形线用于拱坝体型设计是可行的,或许可以作为现有拱坝常见线型的一个补充,可待工程界进一步验证。     

基于应变能与模糊贴近度的拱坝体形稳健优化设计

在拱坝体形优化设计时,以坝体应变能及其对基岩变形模量的灵敏度为目标函数,建立了拱坝体形稳健优化设计模型。具体求解时,首先对各分目标进行单目标优化,得到理想解,然后通过构造目标函数向量与理想解目标向量的模糊贴近度,将稳健优化模型转化为求最大模糊贴近度的单目标优化问题。结合某拟建拱坝的工程算例表明,相比于线性加权法,模糊贴近度法的优化结果更靠近理想解,坝体的应力状态更优。     

江口椭圆拱坝优化设计

江口拱坝的设计充分利用了中国水利水电科学研究院的拱坝体型优化研究成果,拱坝选用了椭圆拱坝方案,是目前完全采用优化体形作为基本体形且已建成的最高的拱坝(坝高140m),也是我国最早的3座椭圆拱坝之一。本文简要介绍了江口拱坝体型优化研究过程,并详细介绍了设计所采用的椭圆拱坝方案,同时对拱圈中心线曲率半径从拱冠到拱端的合理变化趋势进行了讨论。结果表明:对拱坝进行优化设计效率很高,可满足设计规范要求,设计出的拱坝坝体应力分布较好,坝体方量较小;对拱坝设计规定拱圈中心线曲率半径从拱冠到拱端必须增大不是必要的,只要对拱坝的应力、稳定有利,曲率半径增大和减小都应是允许的。     

大营水库碾压混凝土双曲拱坝优化设计研究

大营水库大坝是一座采用碾压混凝土技术的双曲变厚变曲率拱坝,最大坝高67 m,坝基地质条件较复杂,需要在施工阶段进行深入研究。借鉴国内外拱坝设计和建设施工经验,结合ADASO拱坝体形优化电算程序,对大营水库大坝体形、坝体结构、大坝应力、坝肩稳定性、基础处理等进行了详细分析研究。并结合工程实际情况,对大坝设计方案进行适当优化调整,使双曲变厚变曲率拱坝设计能够满足技术规范标准要求,达到技术上可行、经济上合理的安全可靠性水平。     

高拱坝新型合理体形的研究和应用

对动力优化,多目标优化,新体形及周边缝等的攻关研究,在已有的拱坝优化的基础上,从多拱梁优化发展到有限元优化,从静力优化发展到考虑地震荷载的动力优化,从单目标优化发展到双目标优化和多目标优化,发展和完善了我国提出的建立在拱坝优化的基础上的二次曲线及混合曲线拱坝新体形;使拱坝优化技术能适应高拱坝的体形设计,为小湾,溪洛渡等水电站的设计提供了参考,保持并扩大了我国在国际上拱坝体形设计领域的领先优势。     

模拟浇注程序下的拱坝体形优化

本文以有限元软件ANSYS10.0为平台,通过生死单元的运用,模拟重力荷载按工程浇注程序分步作用情况,同时针对拱坝所受温度荷载的不同,依据稳态温度场分布和影响情况,把温度荷载作为耦合荷载的形式对拱坝进行应力分析。通过将模拟坝体施工浇注过程和体形优化设计有效的结合起来,得出了更加实际的拱坝体形。     

龙江水电站枢纽工程椭圆双曲拱坝优化设计

龙江水电站枢纽工程大坝为椭圆混凝土双曲拱坝,坝基地质条件较复杂,坝址区地震基本烈度为Ⅷ度.设计进行了大量的分析、研究工作,通过拱坝体形优化、坝体应力分析、坝肩抗滑稳定分析,选用椭圆混凝土双曲拱坝,既保证了工程安全,又减少了大坝混凝土方量,节省了投资,为工程的开工建设奠定了基础.     

三次样条线型拱坝体形优化设计

本文以拱坝拱圈线型值点坐标、拱端厚度和半中心角为体形参数给出了三次样条线型拱圈的构造方法，并给出了三次样条拱轴线的保凸条件；以拱冠梁和拱圈体形参数为设计变量，建立了三次样条线型拱坝体形优化设计模型。以某拟建拱坝体形优化设计为例，采用有限元等效应力描述应力约束条件，利用加速微种群遗传算法求解。计算结果表明，三次样条线型拱坝优化体形比设计部门经过优化提出的抛物线体形坝体体积减小了58.4万m3，说明三次样条线型拱坝体形的优越性。     

拱坝的智能优化辅助设计系统：ADIOCAD

笔者把专家系统。优化方法和计算机辅助设计三者熔为一体，建立了一个拱坝体形设计的集成系统－ＡＤＩＯＣＡＤ，利用它可以选择拱坝的类型，坝轴线和坝的体形，求出给定条件下的最佳方案，并自动输出设计图纸，数据和设计报告，显著地提高了拱坝体形设计的效率和水平。