基于生死单元原理的拱坝体形优化

以有限元软件ANSYS10.0为平台,运用生死单元理论,模拟坝体的施工浇注过程,同时考虑温度荷载作为耦合荷载的形式对拱坝进行应力分析,对拱坝重力荷载分步作用和整体作用两种情况下进行结构对比分析,得到了优化的拱坝体形,使优化后的坝体体积较小,更加符合实际应用。     

基于保温措施的严寒地区拱坝体形优化设计

传统的拱坝体形设计是不考虑保温的。在严寒地区建造拱坝,由于其温度荷载非常大,单纯用加大坝体厚度的方法来减小温度荷载引起的应力,既不合理也不经济,因此,拱坝体形设计时,应考虑保温层的作用。山口电站地处严寒、干旱地区,挡水建筑物为常态混凝土双曲拱坝,最大坝高94.0m,设计阶段对拱坝体形进行了单心圆双曲拱、椭圆曲线双曲拱、抛物线曲线双曲拱的体形优化与应力分析。针对推荐的抛物线双曲拱坝又进行了基于保温情况下的体形优化,研究成果可供类似工程参考。     

高拱坝体形设计中分析及优化

拱坝是一个空间壳体结构,作用在坝上的外荷载主要通过拱梁的作用传至两岸山体,依靠坝体混凝土的强度和两岸坝肩岩体的支承,保证拱坝的稳定。拱坝体形设计主要是依据地形、地质、荷载等设计条件,确定坝体的形状和尺寸,坝体应满足应力控制标准,并力求混凝土方量较省。文章介绍了高拱坝建基面、坝基变形模量、拱圈参数、封拱温度的选取以及对体形设计、坝体应力的影响,为类似拱坝体形设计提供参考。     

三岔河水库拱坝应力分析与体形适应性复核

三岔河水库混凝土双曲拱坝坐落于隐裂隙发育的中硬岩上,坝高75m,弧高比2.71,厚高比0.203,坝体混凝土总方量仅为10万m3,为薄双曲拱坝。为了验证该坝体形设计合理性和结构安全性,分别采用基于拱梁分载法的ADAO程序和基于有限单元法的ANSYS软件对拱坝应力进行了系统的计算分析,并选取封拱温度、温度荷载、基岩变形模量等影响坝体应力分布的主要因素进行了拱坝体形适应性复核。分析结论表明:拱坝应力满足规范要求,拱坝体形设计较为合理,可供类似工程参考。     

大花水水电站碾压混凝土拱坝封拱温度分析

温度荷载是拱坝最主要的荷载之一,目前,通常采用计算常态混凝土温度荷载的方法计算RCC拱坝,这低估了温降的作用.以人花水电站拱坝温度荷载计算为例,对碾压混凝土拱坝的作用进行讨论,建议通过仿真分析方法确定封拱温度,在仿真成果基础上总结出一套计算RCC拱坝温度荷载的方法和理论.     

碾压混凝土拱坝温度荷载的确定

用碾压混凝土建筑拱坝是筑坝技术的新发展,国内外尚无经验可借鉴。温度荷载是拱坝的主要荷载,碾压混凝土拱坝的施工特点决定了它的温度荷载不同于一般拱坝的温度荷载,为了成功地修建碾压混凝土拱坝,必须合理地确定其温度荷载,通过大量的分析,本文给出了确定碾压混凝土拱坝温度荷载的比较合理的方法,可供工程设计参考使用。     

特高拱坝真实温度荷载及对大坝工作性态的影响

特高拱坝实际温度荷载与设计温度荷载在初次蓄水期有较大差别:一是承担封拱后温度回升荷载的结构形式不同,封拱后的温升仅作用于封拱之后的部分坝体而不是整体大坝;二是实测库水温与预测库水温不同,中下部高程实测库水温明显高于设计库水温。本文以二滩和小湾特高拱坝为例,研究设计温度荷载与真实温度荷载差异对特高拱坝的影响,并分析了真实温度荷载作用下小湾拱坝受力情况。结果表明,考虑坝体温度回升分层施加过程时,坝踵部位明显呈受压趋势;目前常用的库水温预测方法会低估坝体上游面受压程度。考虑真实温度荷载后得到的小湾拱坝坝踵应力结果与监测结果规律一致,数值相近,结果更为准确。     

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。     

基于温度应力仿真的碾压混凝土拱坝诱导缝开裂分析研究

诱导缝作为碾压混凝土拱坝结构防裂措施,能否在坝体温度下降时率先开裂,以消散温度应力,是控制坝体温度裂缝的关键。应用大型有限元分析软件ANSYS,采用薄层实体接缝单元模拟诱导缝,考虑施工期至运行期全过程瞬态温度荷载,通过三维有限元温度应力仿真分析和诱导缝开裂情况分析对全部采用"诱导缝"分缝形式的某碾压混凝土拱坝进行可行性研究。结果表明:坝体高拉应力区设置的诱导缝,在做好缝端处理,消除诱导缝与地基接触部位应力集中的条件下,能够有效地释放坝体应力,保证坝体在温度荷载下的运行安全。仿真分析结果可为该碾压混凝土拱坝的温度控制、裂缝预测及其预防提供参考依据。     

基于矩法的高拱坝实际温度荷载反馈

温度荷载是拱坝的主要设计荷载之一,与封拱温度、环境气温、库水水温等关系密切,实际温度荷载难免与设计温度荷载存在一定差异,传统点式温度计监测数据信息量少,难以进行合理有效的拱坝温度荷载反馈。结合溪洛渡特高拱坝典型坝段分布式光纤顺河向实测温度,基于矩法进行高拱坝实际温度荷载反馈,即采用多项式表示等效温度,根据等效温度的各阶矩与分布式光纤顺河向实测温度相应的各阶矩相等,确定多项式的系数,进而得到等效温度的分布。分析表明,现有规范采用的全截面线性化等效温度仅是非线性等效温度在一次矩等效时的特例,通过计算2阶和3阶矩等效温度,获得坝段截面非线性温度分布,更加全面反映高拱坝从封拱灌浆到水库正常运行期间坝体温度的调整过程,可为拱坝设计提供有益的技术补充。     

100 m级薄碾压混凝土双曲拱坝施工期的温度应力分析

碾压混凝土拱坝采取整体碾压的施工方式,温度荷载是主要的设计荷载之一。作者通过三维有限元仿真分析,揭示了100m级薄碾压混凝土双曲拱坝施工期温度及温度应力变化特征,可供大坝温控设计参考。     

碾压混凝土拱坝的封拱温度与真实温度荷载研究

本文在对RCC混凝土拱坝封拱温度与温度荷载特点分析的基础上，用四座不同坝高的RCC拱坝分别以坝体多年平均温度和由仿真分析计算得到的蓄水时的实际温度作为温度荷载的计算起点，用有限元等效应力法计算不同坝高的坝体应力，根据计算结果讨论不同坝高时RCC大坝的封拱温度与温度荷载。本文主要得出以下结论：1）以多年平均温度作为封拱温度计算温度荷载与仿真方法计算的温度荷载的差距随着坝高的增大而增大。对于100米以上的拱坝应该用仿真分析的方法研究温度荷载，以确定真实的封拱温度。2）不进行二期水冷和封拱灌浆时，对于100m以上的高拱坝，要进行充分论证，一般坝踵可能会出现较大拉应力而引起坝踵开裂。3）对于RCC高拱坝应采用冷却水管和分缝相结合的方式，在蓄水前通过二期水冷使坝体温度下降到设计封拱温度后进行封拱灌浆，以减小运行期的温度荷载。     

渗流荷载影响与拱坝安全分析

介绍了目前常用的几种水荷载施加方式,并分析各种施加方式的作用基理及合理性.并以云南小湾拱坝安全分析为例,对几种水荷载施加方式的结果进行对比分析.结果表明:不同的水荷载施加方式对拱坝安全影响重大,进行拱坝安全分析时,应该选用合理的水荷载施加方式.     

隔河岩重力拱坝温度荷载的确定

隔河岩拱坝为厚度较大的重力拱坝，温度荷载的计算，除遵循拱坝规范的基本原则外，还针对隔河岩拱坝的具体情况进行某些变革，所得出的三个特征温度场具有不同于一般拱坝的特点。本文介绍了坝面边界条件和温度荷载的计算情况。对拱坝变化温度场的分析，以及为了改善坝体应力，采取调整封拱温度，减小等效温差的方法进行了重点论述。     

基于ANSYS的拱坝动力及可靠度分析

为研究拱坝在地震荷载作用下可靠度指标的变化规律,基于ANSYS对某一拱坝实例进行模态分析和抗震动力分析后,使用二次响应面法计算拱坝在地震荷载作用下第90个计算步的各点可靠度指标,分析得到在地震荷载作用下坝肩处作为抗拉薄弱部分更应重视,拱坝上游坝面中部的可靠度指标变化规律复杂而非单纯降低。为拱坝动力设计及加固措施提供了理论支持。     

拱坝温度荷载与温度应力的考虑

介绍拱坝温度荷载的概念及值得注意的问题 .拱坝的温度荷载可以分解为三部分 :均匀温度变化Tm,等效线性温差Td 及非线性温差Tn.拱坝有封拱温度场、年平均温度场和变化温度场三个特征温度场 ,其温度荷载可由特征温度场的相应值求得 .文章还介绍了用拱梁分载法计算拱坝温度应力 ,同时论述了影响拱坝温度应力的一些因素 ,包括封拱温度、坝体及基础弹模、坝体热胀系数及导温系数、坝体表面温差等 .     

丰乐拱坝的裂缝产生机理及其修复研究

丰乐混凝土拱坝运行二十多年来,坝体产生了大量裂缝,虽经多次修补处理,但裂缝仍有发展的趋势,严重影响了大坝的整体安全。为分析裂缝产生的机理,研究裂缝修复方案的可行性,首先采用三维有限元法计算分析了坝体和坝基在不同荷载下的拱坝应力和变形规律;采用三维非线性仿真分析方法,分步模拟了拱坝的实际加载过程,计算了丰乐拱坝设计工况下的工作状态,分析了大坝裂缝产生的机理,并提出了上游面喷涂保温材料、下游面挂喷钢纤维混凝土的补强加固方案。为验证该修复方案的合理性,首先按照大坝加固方案计算了三维温度场,为三维应力场分析提供荷载资料;然后采用三维有限元非线性仿真分析法,分步模拟了拱坝的实际加载过程和加固方案的实施过程,计算了加固后坝体在不同工况下的应力和变形规律。利用上述计算结果,综合评价了大坝加固方案的合理性和可行性。加固后的大坝监测资料分析和质量检测结果表明,该裂缝修复方案有效。     

拱坝封拱温度场多目标非线性规划方法研究

从拱坝温度荷载影响因素分析入手，对封拱温度场进行了优化，这是减小温度荷载不利影响的唯一有效措施。建立了拱坝封洪温度场多目标优化的数学模型，并利用该优化模型求解了位于南方典型气温条件下的某拱坝最优封拱温度场。