基于ANSYS Workbench的水电站坝后浅埋管响应曲面优化分析

采用ANSYS Workbench有限元分析软件,建立了李家峡水电站坝后浅埋管的三维实体模型和有限元模型,对其进行静态分析。以浅埋管钢衬厚度、钢筋折算厚度为设计变量,以其最大等效应力、最大变形量、钢衬和钢筋总体积为目标函数建立优化设计的数学模型,进行了浅埋管响应曲面的优化分析;最后对优化前后的分析结果进行了对比分析。结果显示,结构优化后可以有效地提高压力管道的设计质量,降低工程造价。     

坝内埋管管周混凝土拉应变影响因素分析

以某水电站坝内埋管为原型,建立了坝内埋管管周混凝土应变的分析数字模型.影响坝内埋管管周混凝土拉应变的因素包括:管顶混凝土厚度、管径、钢筋用量、温度应力等.针对各影响因素,利用有限元方法,采用ANSYS软件计算出各影响因素变化条件下的管周混凝土拉应变值,以比较得出不同影响因素对混凝土拉应变的影响规律,为进一步开展坝内埋管结构极限状态和设计方法的研究提供依据.     

坝后背管外包混凝土厚度研究

采用平面非线性有限元法对某水电站下游面钢衬钢筋混凝土压力管道进行了分析,计算中考虑混凝土开裂和地震作用的影响。研究了5种外包混凝土厚度0.5、0.8、1.2、1.5和2.0m的坝后背管在内水压力和地震作用下的承载规律,分析了外包混凝土厚度对管道的动、静力承载性能的影响。结果表明,设计内水压力作用下,外包混凝土厚度较小时,管坝接缝面附近的局部坝体开裂,并使管道钢材应力提高,但其材料强度和变形仍能满足规范要求。地震作用分析表明,外包混凝土越厚,坝后背管结构的基频值越高;但厚度越大,管道钢材动应力值也越大,说明采用较小的外包混凝土厚度有利于减小钢材的动应力。因此,在满足施工要求和安全的前提下,建议在坝后背管设计中采用厚度较薄的外包混凝土。     

强震区钢衬钢筋混凝土坝后浅埋管受力特性研究

坝后浅埋管设计原则是钢衬与外围钢筋混凝土联合受力。以某强震区水电站坝后浅埋管为例,建立坝基-坝后浅埋管-坝后式厂房的有限元模型,对运行期坝后浅埋钢衬管道结构受力特性进行分析结果显示,该钢管具有较高的结构安全度。     

设垫层的坝内浅埋管计算研究

通过对某水电站顶部设置垫层的大直径坝内浅埋管进行线弹性和非线性有限元计算,得到钢管、外包混凝土及钢筋的受力规律。提出在钢管外侧设置垫层可以较好地使钢衬发挥承载作用．减少坝体混凝土的受力,防止或减轻坝体表面产生裂缝。     

坝内埋管外围混凝土承载能力的研究

本文根据混凝土的弹塑性性质,将莫尔一库伦准则应用于混凝土的受拉区,给出了坝内埋管外围混凝土的应力计算方法,并结合龙羊峡发电引水管道模型试验资料进行了对比分析。坝内埋管的内水压力大部分由外围混凝土承担,考虑混凝土塑性后,其承载能力可提高1.7～2.5倍。     

基于ANSYS有限元的混凝土重力坝坝踵正应力分析

采用ANSYS结构分析软件,对桌混凝土重力坝进行有限元应力分析,对比二维与三维模型,针对完建工况、运行工况中是否设置防渗帷幕及排水孔,研究了上游边坡坡率对坝踵正应力的影响,由此得出一些有价值的结论,供设计单位参考.     

砌石坝混凝土防渗面板厚度的探讨

以砌石坝与混凝土坝相比,可节省大量钢材、水泥,又可发挥我国劳力充足、能工巧匠多的优势,因此在中小型工程中采用较多。迄今全国已建有上千座砌石坝。砌石坝不论任何坝型,其上游而都需采取防渗措施,其措施不外乎(1)混凝土防渗面板;(2)混凝土防渗心墙;(3)水泥砂浆勾缝;(4)钢丝网水泥喷浆护面。其中以前两种用得较多。本文就浆砌石重力坝上游而混凝土防渗面板厚度的确定谈几点看法。     

碾压混凝土坝层面弹性模量和厚度反演

将碾压混凝土坝层面的影响概化到整个坝体中,视坝体整体为横观各向同性体,基于实测资料,结合有限元计算,反演坝体横向和竖向弹性模量。然后利用变形等效假定建立横向和竖向弹性模量正分析模型及反演结果,进而推求出层面弹性模量和厚度,为客观模拟层面影响提供了科学依据。     

碾压混凝土坝层面影响带厚度分析

为模拟碾压混凝土坝层面的影响,通过建立薄片计算模型,利用最小势能和最小余能原理,推求出碾压混凝土坝层面影响带厚度范围,并提出了实际层面影响带厚度的确定方法.这使坝体应力、变形和渗流等分析计算有了科学依据.     

坝下埋管混凝土面板堆石坝关键技术研究及应用

混凝土面板堆石坝坝下埋管存在压力管道渗漏引起坝体接触冲蚀破坏及埋管坝段与主河床坝段的不均匀沉降变形。为此,开展坝下埋管混凝土面板堆石坝在压力管道结构、大坝的填筑料、填筑分区、面板及分缝止水、坝下埋管部位安全监测、大坝静动力应力应变分析、大坝渗透稳定性、施工方法、大坝预沉降技术等方面进行了研究,其研究成果已经在青海积石峡水电站和新疆哈巴河山口水电站应用并获得成功,该成果可应用于相类似的混凝土面板堆石坝工程。     

混凝土塑性对坝内埋管承载力影响的试验研究

在水电站坝内钢管及周围坝体的应力和强度分析中,通常将混凝土作为线弹性体。但是,用现代技术测得的混凝土轴心受拉应力应变全过程曲线证明,混凝土具有相当大的塑性软化性能。作者通过6组坝内钢管仿真材料模型试验,得到如下结论:混凝土的塑性性质对于坝内埋管这类结构(混凝土内拉应力呈集中状态)的承载力,与线弹性分析结果比较,超载系数明显增大,约为2.5～6.9,最大应变的平均值达720×10~(-6)。笔者认为,若将这一原理应用于工程设计中,必将会取得显著的技术经济效益。     

基于ANSYS的埋管交叉结构设计探讨

以实际工程跨越倒虹管复建道路为例,介绍了采用C30板桥方案跨越倒虹管管槽的设计方案,采用有限元计算复核板桥对下部埋管的影响分析,结果表明,车辆行驶过程中钢管顶部最大主压应力值与最大竖向变形值,远低于规范要求圆度偏差.因此,在包管混凝土及板桥结构的保护下,车辆荷载对倒虹吸管结构的影响有限,不会影响该结构的安全.     

基于ANSYS的混凝土围堰断面优化研究

作为临时性建筑物的混凝土围堰工程,对其剖面设计具有安全性、经济性和施工便捷性的多重要求。结合山西天桥水电站除险加固工程混凝土围堰,在基于ANSYS商用软件平台的基础上,建立重力式混凝土围堰断面优化模型,并开展了有无预应力施加下的断面优化研究。研究表明:施加预应力后,围堰最优剖面的面积减少了46.15%,同时围堰的稳定性明显加强,预应力施加后效果显著,研究方法和成果可为其他类似工程提供借鉴和参考。     

浅埋引水隧洞支护后变形控制研究

以某浅埋引水隧洞工程为例,综合采用数值模拟和现场监测方法分析研究隧洞洞口支护后的变形规律。结果表明：（1）拱顶位移和周边变形均随掌子面距离的增大而先增大后逐渐趋于平稳。在0～1倍隧洞直径时,变形比较快,在1～2倍隧洞直径时,变形速率有所降低,当大于4倍隧洞直径时,变形基本保持不变,因此实际工程中可将4倍隧洞直径对应的变形作为初期支护结构的最终位移;（2）对于同一断面而言,随开挖距离的增大,位移逐渐增大;当埋深不变时,随开挖面距离的增大,变形占比也逐渐增大。实际工程中隧洞开挖变形基准值要同时考虑埋深和开挖间距进行确定。     

ANSYS在沥青混凝土心墙坝渗流分析中的应用

针对有限元软件在沥青混凝土心墙坝渗流场分析中的应用进行了研究。沥青混凝土结构以其极佳的防渗性能、良好的自适应变形能力等优势,被越来越多的工程所采用,而渗流稳定一直以来都被认为是影响土石坝安全运行的主要控制因素。结合工程实例,应用有限元软件对沥青混凝土心墙坝的渗流场进行分析,对其渗流稳定情况进行计算。实例应用表明,将ANSYS有限元软件应用于沥青混凝土心墙坝的渗流场分析,能较直观、快速、真实地反映坝体渗流场的实际运行情况,有较强的工程实用价值。     

混凝土坝灌浆层以上冷却层厚度的确定

混凝土坝采用柱状分块浇筑时,坝体的整体性主要依靠接缝灌浆来保证。为了防止在接缝灌浆以后重新拉开接缝,国内外一般规定以坝体最终稳定温度作为灌浆温度,同时还规定在灌浆层上需有一定厚度的混凝土也冷却到稳定温度,或者进行部份冷却。有关资料见表1。     

基于AutoCAD的碾压混凝土坝仿真研究

作为工程辅助设计软件,AutoCAD具有用户覆盖面广、工程设计人员使用熟练、三维空间描述和二维空间转换方便等优点.基于目前碾压混凝土浇筑仿真系统存在问题分析,文章探讨了基于AutoCAD技术的碾压混凝土浇筑仿真系统模型构建问题.运用Visual Basic语言和ActiveX技术开发了碾压混凝土坝的仿真平台.该平台将碾压混凝土浇筑仿真嵌入AutoCAD系统,因此,只要熟悉AutoCAD的设计人员就可以方便构建仿真模型,并进行仿真分析,提高了仿真模型构建效率和仿真过程的可视化程度.最后通过一个实例验证了该平台的有效性.