大型非线性结构可靠度计算方法研究

拱坝是水利工程中常见的结构,其坝体材料的物理参数和作用于坝体的荷载均是随机变量,坝体的应力和变形呈现出不确定性.因此,在拱坝设计和研究中,以概率统计理论为基础,对拱坝进行可靠度分析是科学、合理的.由于拱坝坝体量大,构造复杂,且基岩和筑坝材料具有非线性特性,因此使得拱坝结构的可靠度分析十分困难.将可靠度计算的响应面法与拱坝应力分析的有限元法相结合,应用成熟的有限元分析软件来分析拱坝的可靠度;坝体应力与变形的计算采用三维非线性有限元法,可靠度计算采用二次响应面法.针对福建省永泰县大洋水电站拱坝的可靠度分析,得出了可靠指标的变化规律.与其他可靠度分析方法相比,该方法可以直接应用确定性的结构计算程序,使大型非线性结构的可靠度分析工作更加简便可行.     

大型非线性结构可靠度计算方法研究

拱坝是水利工程中的常见结构,因坝体材料的物理参数和作用于坝体的荷载均是随机变量,故坝体的应力和变形呈现出不确定性。因此,在拱坝设计和研究中,以概率统计理论为基础,对拱坝进行可靠度分析是科学、合理的。由于拱坝体量大,构造复杂,且基岩和筑坝材料具有非线性特性,使拱坝结构的可靠度分析十分困难。将可靠度计算的响应面法与拱坝应力分析的有限元法相结合,应用成熟的有限元分析软件,分析拱坝的可靠度。坝体应力与变形的计算采用三维非线性有限元法,可靠度计算采用二次响应面法。针对福建省永泰县大洋水电站拱坝的可靠度分析,得出了可靠指标的变化规律。与其他可靠度分析方法相比,该方法可以直接应用确定性的结构计算程序,使大型非线性结构的可靠度分析工作更加简便可行。     

基于非线性有限元法的混凝土拱坝稳定特性分析

由混凝土拱坝的受力特点可以看出,其稳定性主要是依靠坝肩两岸岩体来维持,因此,坝肩岩体的稳定直接关系到拱坝的正常运行与安全,是拱坝设计中较为关注的问题之一。文章结合某实际工程,以大型分析软件ANSYS为平台,以某混凝土拱坝和地形整体为研究对象,针对同一模型,采用超载系数法、强度储备系数法等从不同角度分析坝体结构的稳定性。通过非线性有限元计算分析得出,在不同超载荷载作用下裂缝首先沿坝基面向坝高方向发展,同时坝踵区的裂缝沿坝体坝厚方向扩展,最终趋于稳定。随着强度储备系数的增大,拱坝抗滑稳定安全系数随之逐渐减小,基本呈现线性发展。同时,坝体位移也基本呈线性分布规律,但是,当接近临界抗滑稳定安全系数时,坝体位移明显表现为非线性发展趋势。该稳定分析为充分了解拱坝的结构安全度提供计算依据。     

基于响应面法的拱坝结构可靠度研究

针对拱坝构造复杂,基岩和筑坝材料具有非线性特性,可靠度分析十分困难的问题,将可靠度计算的响应面法与拱坝应力分析的有限元法相结合分析坝体的可靠度,即:坝体应力与变形的计算采用三维非线性有限元法,可靠度计算采用二次响应面法.以福建省永泰县大洋水电站拱坝为例,分析了该拱坝上游面和下游面的可靠度,得出了可靠指标的变化规律.与其...     

中国拱坝设计容许应力与美国的比较

根据中国《混凝土拱坝设计规范 (SD14 5 85 )》及《美国垦务局混凝土拱坝和重力坝的设计准则》 (1975年 ) ,就拱坝设计容许应力 ,以及拱坝坝体混凝土抗压强度安全系数等作了比较、分析。     

混凝土拱坝设计应力控制标准的研究

现行混凝土拱坝设计规范中存在一些不尽合理的条文规定,如应力控制标准中安全系数值与建筑物的级别无关,坝体应力分析方法只规定了用拱梁分载法.根据国内一些工程实例的应力成果分析和有限元法应用经验,提出了拱梁分载法分析所得的压应力应采用的安全系数值,并且建议有限元法应作为拱坝应力分析的主要方法,也应纳入设计规范,同时提出了其相应的应力控制标准.     

蚁群算法在拱坝结构可靠度分析中的应用

根据Hasofer-Lind的定义,将复杂的拱坝可靠性指标计算问题转化为数学上的优化问题,针对拱坝功能函数的复杂非线性和隐性的特点,提出基于蚁群算法的拱坝可靠度计算新方法,该方法避免了计算功能函数求导问题,不易陷入局部最优。以沙牌碾压混凝土拱坝的结构可靠度分析为例,得出了该坝坝体及诱导逢可靠性指标的分布规律,与文献[2]试验成果吻合。     

松塔拱坝坝肩抗滑稳定分项系数研究

松塔混凝土拱坝坝肩设计过程中分别采用了水利行业和电力行业混凝土拱坝设计规范对其抗滑稳定安全系数进行计算,而对于电力行业混凝土拱坝设计规范中规定的各分项系数取值合理性和正确性一直备受争议。为此,提出用相对安全率论证电力行业规范规定的各分项系数取值的合理性和正确性。结果表明,电力行业规范采用的岩石抗剪强度指标、各分项系数及其变异系数取值正确、合理,两规范计算得到的安全系数标准值属于同一风险水平,并提出在建筑物、安全级别均为1级时拱坝坝肩抗滑稳定允许可靠指标取值为4.2偏低。     

混凝土拱坝抗震设计中动力可靠度分析方法的探讨

本文提出了一种新的同时考虑地面加速度和反应谱值的随机笥以及动静迭加来求解混凝土拱坝抗震可靠度方法，以东江拱坝为算例，计算抗震动力可靠指标，其结果表明和传统的安全系数法进行了比较。     

基于非概率可靠度理论的拱坝安全度评价

传统可靠性方法利用概率论和模糊理论处理结构不确定因素.应用非概率凸集模型处理结构的不确定性,结合有限元分析,通过结构材料不确定参数的区间运算,得到坝体单元的非概率可靠度指标.考虑坝体初始开裂位置的随机性,根据非概率可靠度指标最小单元依次破坏的准则来搜索拱坝所有可能的失效模式,得出各种可能失效模式下拱坝非概率可靠度指标的最小值即为拱坝的非概率可靠度.综合拱坝各种失效模式可以更合理准确地评价拱坝的安全度.     

高碾压混凝土拱坝温控可靠性分析

运用可靠度理论,考虑大气温度和关键混凝土参数的不确定性对拱坝温度场、应力场的影响,并将其作为随机变量,以控制拱坝施工期坝体最高温度为例构建坝体最高温度控制功能函数,采用响应面法解决功能函数无法显式表达的问题,从而建立拱坝施工期坝体温控失效概率和可靠度指标求解新模式。计算结果显示,与蒙特卡罗法计算结果的相对差别不超过8.36%。新方法在解决实际工程问题时可避免大规模的数值计算,在保证计算精度的前提下大幅提高了计算效率。     

渗径长度对拱坝坝肩整体稳定的影响分析

在拱坝坝肩稳定分析中，抗力体滑面渗径长度的取值为工程界长期关注的焦点问题。本文采用三维刚体极限平衡原理及自编程序，以云南省宝石水电站拱坝为例，对其陡裂面内、外倾大块体滑移进行了深入分析。获知，对同一工程同一位置内倾块体较外倾块体安全系数更大，但其安全系数K值受渗径长度L影响亦更为明显；内、外倾滑移体K值随L增加而减小，但当L增至约0．85倍滑移体长度时，其K值趋于稳定，扬压力折减系数α越大，L增加对K值的削弱越显著。同时，按滑移体长度与坝体最大厚度的比较关系，探讨了滑移体渗径长度的取值方法等。     

应用遗传算法搜索碾压混凝土坝滑动面的研究

通过对高碾压混凝土坝进行有限元仿真分析得到坝体应力场,将坝体抗滑稳定安全系数与遗传算法的适应度函数相联系,利用遗传算法搜索不同层面力学参数下的临界滑动面,得到碾压混凝土坝滑动面形状随抗剪强度指标的变化规律以及地震动超载对滑动面形状的影响。结果表明,当抗剪断参数较小时,坝体的破坏趋近于层面剪切破坏,随抗剪断参数的增大,滑动面形状接近于常态混凝土坝的滑动面。     

拱坝温度应力三维仿真计算的可靠度分析

在“拱坝温控措施优化和横缝开度仿真计算研究”、大坝应力全过程仿真计算的基础上,应用大坝应力拟合极限状态曲面报告进行可靠度分析,采用离散化降维解法,并基于两种混凝土强度破坏准则研制了计算程序,求解了拱坝强度可靠指标,为混凝土拱坝的结构可靠度设计提供了理论参考。     

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.     

拱坝温度应力三维仿真计算的可靠度分析

在“拱坝温控措施优化和横缝开度仿真计算研究”、大坝应力全过程仿真计算的基础上，应用大坝应力拟合极限状态曲面报告进行可靠度分析，采用离散化降维解法，并基于两种混凝土强度破坏准则研制了计算程序，求解了拱坝强度可靠指标，为混凝土拱坝的结构可靠度设计提供了理论参考。     

拱坝温度应力三维仿真计算的可靠度分析

在“拱坝温控措施优化和横缝开度仿真计算研究”，大坝应力全过程仿真计算的基础上，应用大坝拟合极限状态曲面报告进行可靠度分析，采用离散化降维解法，并基于两种混凝土强度破坏准则研制了计算程序，求解了拱坝强度可靠指标，为混凝土拱坝的结构可靠度设计提供了理论参考。     

基于Neumann展开随机有限元的混凝土重力坝结构可靠度分析

针对混凝土重力坝等大体积混凝土结构中,受原材料、混凝土拌合过程以及浇筑施工影响而产生的材料特性空间分布的随机性问题,采用平稳随机场局部平均法离散理论,推导了基于Neumann展开随机有限元的重力坝结构随机响应计算公式,提出了重力坝可靠度计算方法,并开发了相应Matlab计算程序。通过悬臂梁算例对该方法进行验证,并运用该方法研究了随机场离散单元尺寸及相关偏度对结构可靠度的影响,进而计算了典型重力坝坝踵抗拉可靠度。结果表明,相关偏度取值对大坝的可靠度影响显著,可靠度随相关偏度的减小而增大,仅将坝体弹性模量视为单一随机变量时所得可靠度较实际值低;随机场离散单元尺寸应依据相关偏度确定且不宜过大,建议取值不大于相关偏度的1/10～1/8。     

沥青混凝土心墙堆石坝地震变形评价方法及其可靠度分析

沥青混凝土心墙堆石坝可就地取材,工程造价低,在我国西部强震区被广泛应用。因其工作条件复杂,且筑坝材料具有非线性特性,故其地震安全评价问题一直受到工程界的关注。因此开展地震作用下沥青混凝土心墙堆石坝的可靠度分析具有理论意义和工程应用价值。本文以坝体裂缝作为坝体地震变形破坏的判断依据,将坝体地震变形倾度作为地震安全的控制指标,建立了基于倾度法和中心点法的沥青混凝土心墙堆石坝地震变形可靠度分析方法。以某98 m高的沥青混凝土心墙堆石坝为例,进行了地震变形的可靠度分析。结果表明:基于本文沥青混凝土心墙堆石坝地震变形可靠度分析方法,获得的大坝设计基准期内的年计地震变形失效概率py=2.156×10^-6,对应的可靠指标β=4.6,满足规范要求;采用倾度法和中心点法相结合,可以考虑坝体材料分区的影响,获得较为准确的土石坝地震变形失效概率结果,对土石坝具有普遍适用性。本文提出的土石坝坝体地震变形可靠度分析方法,可为沥青混凝土心墙堆石坝抗震设计、地震风险分析以及风险等级的建立提供依据。     

代古寺混凝土拱坝温度应力场仿真分析

以代古寺拱坝为例,基于大型通用有限元分析软件ANSYS,编制了施工期温度应力场仿真计算程序,指出:在浇筑高程低的部位坝体温度应力较大,越往坝体上部应力越小;坝体混凝土应力在水化温升阶段增大,随着水化热的散失应力有所减小;当坝体温度稳定时,应力随气温而变化.