基于施工期温度仿真的小湾高拱坝结构诱导缝设置效果分析

考虑施工期至运行期全过程瞬态温度荷载和水荷载的影响,采用无厚度的接触单元模拟诱导缝的工作性态,分别采用整体模型和子模型对小湾高拱坝坝踵附近诱导缝的设置效果进行了全面、深入分析.从整体仿真计算结果来看,小湾拱坝设上游结构诱导缝后,坝踵应力可以得到较大的改善,且对坝体的整体性影响较小.仿真计算结果为小湾拱坝结构诱导缝设计提供了科学依据.     

小湾拱坝诱导缝模拟计算

对小湾拱坝设置底部诱导缝进行了合理模拟,并应用三维有限元方法对设缝前后拱坝的工作性态进行了计算分析.结果表明:设置诱导缝,可改善坝踵附近的应力分布,从而起到保护坝体的作用,且对拱坝的整体稳定安全度影响很小.     

混凝土心墙对砌石拱坝应力和变形的影响分析

砌石拱坝因其自身优势在我国中小型拱坝中得到广泛的应用,其材料特性使得坝体防渗至关重要,在已建的砌石拱坝中防渗大多采用混凝土心墙,因此,对砌石拱坝中的心墙这一防渗结构型式进行了具体介绍,并建立了混凝土心墙砌石拱坝和均质砌石拱坝的有限元模型并进行计算分析,分别探讨在静、动力条件下心墙拱坝整体和心墙本身的应力变形规律、心墙对整个坝体应力变形规律的影响以及不同心墙材料对坝体影响程度的大小等.由结果可得心墙与坝体上游面应力分布规律基本相同,与上游面极值区对应的心墙处出现明显的应力集中现象,心墙对上下游面的坝体均有一定保护作用,尤其是上游坝踵区,均质砌石拱坝的应力增幅可达100%.     

大岗山拱坝施工期空库状态下应力仿真分析及评价

根据大岗山拱坝的实际浇筑过程,采用三维非线性有限元仿真计算大岗山拱坝在自重、温度荷载及蓄水压力的不同组合工况下的坝体应力情况,得到坝体应力分布规律,在此基础上着重对比分析了坝踵、坝趾在不同荷载作用下的应力.计算结果表明,由于大岗山拱坝在完建时处于空库状态,受坝体体型影响,坝体重心位置略偏向上游侧,使得坝底上游侧受压而下游侧受拉,但其应力大小距蓄水后的应力水平及最大拉应力控制标准均有一定的富余度,不会对坝体及坝踵、坝趾产生不利影响.     

高碾压混凝土拱坝结构特性试验研究

本文结合沙牌碾压混凝土拱坝坝体设置三条诱导缝，坝体设置周边应力释放缝，坝体不设缝的三种情况，进行了整体结构模型试验。分析了坝体的应力、变形及破坏特性，为工程的设计和施工提供了参考依据．     

人工神经网络和可靠度理论用于拱坝坝踵开裂风险的研究

借用部分同级别坝高、高宽比接近拱坝的相关数据,利用人工神经网络建立的拱坝坝踵应力和上游水位之间的函数关系σ=f(H),计算出坝踵应力的均值、标准差.根据可靠度理论分析选取上游水位和坝踵应力为随机变量和根据最大拉应力破坏准则建立坝踵混凝土开裂的功能函数.最后,利用蒙特卡罗法进行坝踵破坏(失效)概率计算,得出拱坝坝踵的破坏(失效)概率.在拱坝可行性设计论证阶段,借用部分同级别坝高、高宽比接近拱坝的相关数据,根据拟建拱坝的上游设计水位可以初步估算坝踵区的拉应力值,采用此方法论证拱坝坝踵开裂失效概率是可行的.     

高拱坝掺合氧化镁膨胀变形对横缝开度的影响

运用三维瞬态非线性有限元方法,考虑不同掺量氧化镁自生体积变形的影响,对李家峡双曲拱坝进行全过程动态仿真敏感性分析,详细探讨掺合氧化镁膨胀变形对横缝开度的影响.同时将横缝开度仿真结果与李家峡实测结果相对比,吻合良好.根据仿真分析,外掺氧化镁对拱坝横缝开度的影响主要表现在一期冷却之后,由于早期膨胀变形产生预压应力,增大了后期横缝张开的阻力.相同条件下,氧化镁掺量越大横缝开度终值越小,甚至不满足灌浆要求.并根据仿真计算指出横缝开度是高拱坝氧化镁掺量的控制性因素,对李家峡双曲拱坝及相类似工程,氧化镁掺合量宜取2.5%.     

桑郎碾压混凝土拱坝应力场仿真计算及分缝设置

在应力场隐式解法的基础上,结合桑郎拱坝工程,进行了大坝施工期和运行期的温度场和应力场仿真分析,在分析中温度场计算考虑了混凝土水化热温升、气温变化、浇筑间歇、边界条件的改变等因素,应力场计算考虑了坝体自重、水压力、温度荷载、徐变及混凝土弹性模量随龄期的变化等因素.根据应力场的仿真计算结果,在拱坝高拉应力区模拟设置横缝.仿真计算的结果表明,桑郎拱坝横缝释放应力的作用显著,横缝的设置合理.     

有缝薄拱坝的计算与实验研究

薄拱坝是一种空间壳体受力结构,基础变形在很大程度上控制着坝体的应力状态。本文采用伏格特假定来考虑地基变形的影响,用壳体理论差分法,借助坝基应结点来实现弹性地基边界条件的影响,推导了弹性固结边界和设置底缝边界条件下实结点和虚结点的变位平衡方程式。通过实例用上述原理进行了计算,并通过结构模型试验予以验证。对几种不同周边条件的薄拱坝进行了实验研究,分析和评价了它们的优缺点,并建议了一种比较合理的边缝坝型。     

薄层接缝单元及其在拱坝接缝模拟中的应用

在拱坝等结构的非整体性分析中,横缝、诱导缝等接缝对大坝变形及应力状态影响较大,坝体接缝的模拟是计算分析的关键。为对坝体接缝力学行为进行较为合理的模拟,提出法向和切向本构关系均采用双曲线模型的薄层接缝单元,算例验证表明这种薄层接缝单元可以较好地模拟在循环荷载作用下接触面拉压交替的现象。对接触接缝单元的刚度系数、摩擦系数和单元厚度等因素进行了敏感性分析,并阐述了采用这种薄层接缝单元模拟拱坝横缝和诱导缝的方法。将薄层接缝单元用于模拟某实际碾压混凝土拱坝工程中的接缝,计算结果表明横缝和诱导缝对其附近区域坝体拉应力有较大的削弱作用,同时这种薄层接缝单元也可为其它类似接缝模拟计算提供参考。     

考虑施工过程影响的拱坝体形优化分析方法及应用

基于序列二次规划(SQP)优化算法,以坝体有限元等效应力为应力约束条件,以坝体方量为目标函数,并考虑拱坝柱状浇筑、封拱灌浆等施工过程,进行拱坝体形优化计算.计算过程采用有限元全过程参数化分析方法,自动实现了拱坝的三维建模、荷载施加、施工过程模拟、有限元等效应力计算以及拱坝体形优化迭代等分析过程.以淋溪河拱坝为例进行了拱坝体形优化计算,计算结果表明,考虑施工过程的优化结果与不考虑施工过程的优化结果相比更加安全,也更具有实际意义,优化后的坝体厚度更薄,坝体方量减少近20%,拉、压应力已达到约束边界,优化后体形基本上达到了可能的最优体形.     

双口渡砌石拱坝有限元等效应力分析

应用局部非协调网格协调位移计算方法对古田双口渡砌石拱坝进行了有限元应力分析,并采用在有限元内力法基础上提出的改进的拱坝应力分析方法对其进行等效应力的分析计算,计算成果相比较,二者结果相似,应力分布规律相同.     

拱坝大体积混凝土冷却水管计算方法

由温度荷载在拱坝产生的应力可以达到总应力的1/3~1/2.目前,水管冷却是降低拱坝大体积混凝土温度及温度应力的重要方法.为了获得在坝厚方向呈梯度分布的最优封拱温度场,研究了等间距布置人工冷却水管单向通水冷却方法获得温度梯度的方法,给出了单根水管冷却机理的理论求解过程.     

PVA纤维在水工高拱坝混凝土中的应用

拱坝由于具有优良的力学性能和造价的经济性,使得拱坝特别是高拱坝在我国水电工程中得以大量应用.拱坝因为体型复杂,除温度外,坝体的自重和水荷载也能在拱坝坝体内引起相当大的拉应力,因此提高拱坝混凝土的抗裂能力是人们十分关注的问题.由于PVA纤维具有极高的弹性模量,良好的韧性和阻裂性等优点,将PVA纤维掺入高拱坝混凝土中可以提高其抗裂性能,从而改善拱坝混凝土的耐久性,提高拱坝混凝土的耐久寿命.     

拱坝加固扩建的新型式─—广西南丹县拉希拱坝的建设

南丹县拉希双层拱坝是一项加固扩建工程。已建砌石拱坝坝高３７．７５米，有效库容７３７万立方米，计划将坝加高到５５．２米，有效库容增至２７５５万立方米，初拟在原坝上加高，但新旧坝体结合，应力分析和基础处理等均感困难，故改用在上游另建一高为５５．２米的薄拱坝与原拱坝形成双层拱坝联合受力的方案。两层拱坝间充水，传递部分水压力。这样不仅解决了上述难题，还改善了坝肩稳定条件和坝体应力状况，节省了工程投资。工程现已投入运行。     

思德拱坝裂缝成因分析及处理措施研究

拱坝开裂长期困扰着工程界，特别是中国早期建造的砌石拱坝。为了找出坝体开裂的根本原因并合理地加固，采用传统的结构力学方法和三维有限单元法分析了思德水库大坝坝身不对称开裂的成因。研究认为：地形地质条件不对称、溢洪道和拱坝体形设计不合理是拱坝出现不对称开裂的重要原因。同时提出了相应的裂缝处理和坝区加固措施，即：对称上游岩体、修补裂缝并控制施工温度，以及在灌浆平台以上的上游坝面浇筑一层钢筋混凝土面板。     

横缝间距对金安桥碾压混凝土重力坝温度应力的影响研究

采用三维瞬态有限元方法模拟碾压混凝土实际成层浇筑过程,仿真分析了金安桥水电站招标阶段不同坝段宽度的坝体应力,重点探讨了导致坝体上游面产生劈头裂缝的横河向表面温度应力与坝段宽度之间的关系.仿真计算结果表明,坝段越宽,坝体的上游面横河向表面温度应力越大,铅直向温度应力越小,顺河向应力变化不大.在综合考虑温度应力及其他因素的条件下,建议了可行的最大坝体宽度.     

浙江省门溪水库拱坝结构应力分析

采用有限元法对浙江省门溪水库拱坝坝体内部结构应力进行分析,并采用有限元等效应力法对坝体和坝基(坝肩)接触部位应力进行复核分析结果表明,采用有限元等效应力法由于消除了坝体和坝基(坝肩)接触部位的应力集中现象,计算得到的坝体最大主拉和主压应力均在规范容许范围之内,可为大坝安全评价提供参考.     

基于状态空间理论分析圆柱形拱坝静动力响应

本文应用现代控制论中的状态空间理论,引入圆柱形拱坝内应力与位移作为状态变量,根据圆柱形拱坝的控制方程及其混合能量变分原理,推导出状态方程。对静力问题,将指数矩阵函数展成级数来求解;对动力问题,采用状态空间迭代法来求解。由于状态空间法同时可算出各种应力与位移量,因此应力与位移的精度均较高。文中给出圆柱形拱坝动力响应问题的数值算例,所得计算结果与其他方法进行了比较。     

自生体积变形对高拱坝温度应力的影响研究

自生体积变形是评价混凝土抗裂性能的一个重要参数.在温度场仿真的基础上对小湾高拱坝混凝土自生体积变形进行温度应力敏感性分析,对自生体积变形进行假定时,考虑混凝土为收缩型和膨胀型.计算结果表明,早期膨胀、早期收缩型混凝土只对坝体早期温度应力影响较大,对坝中心温度应力最大值影响不大;膨胀期越长,坝中心温度应力最大值越小,最终残余温度应力越小,对坝体混凝土的抗裂性有利.