有限元等效应力法在重力坝强度分析中的应用

采用有限元法进行重力坝坝体应力分析时,坝踵、坝址的应力计算结果一直无法作为设计坝体断面的依据。本文将有限单元法所求得的应力合成截面内力,用材料力学公式求出重力坝建基面上任意点对应的线性化等效应力,并分析了影响有限元等效应力的各种因素。研究结果表明,有限元等效应力法有效地避免了坝踵、坝址的应力集中现象,解决了坝踵应力随网格的变化而变化的问题,计算出的建基面应力具有数值稳定性,得出的应力结果可以按现行的重力坝设计规范规定的应力标准评价重力坝坝体安全度。因此,结合有限元结果和等效应力法计算的坝踵、坝址应力结果,可为重力坝坝体强度的综合评定提供相应的依据。     

基于规范法的重力坝应力分析改进

现有重力坝设计规范规定采用材料力学法进行重力坝应力分析作为确定坝体断面的依据,但现有规范上的材料力学法和传统材料力学方法不完全一致,为此,根据传统材料力学方法对规范上的材料力学法的重力坝应力分析进行了改进,并对计算中涉及的应力正负号、剪应力积分和剪力合力之间的关系以及如何考虑扬压力等几个不明确的问题进行了讨论。     

基于矩法的重力坝建基面非线性等效应力分析

针对重力坝建基面角缘应力问题提出了非线性等效应力的概念。采用多项式表示等效应力,根据等效应力的各阶矩与有限元应力相应的各阶矩相等,确定多项式的系数,进而得到等效应力的分布。分析表明,当前普遍采用的线性化等效应力仅是非线性等效应力在一次矩等效时的特例。重力坝算例说明,2阶等效应力具有一定的网格稳定性,适合在重力坝工程中比较局部角缘应力。     

混凝土重力坝局部等效应力法初探

在混凝土重力坝有限元应力分析中,坝踵和坝趾的应力随网格剖分尺寸的减小而急剧增大.针对该问题.提出局部等效应力方法.即对坝基面坝踵和坝趾局部区域进行局部等效处理.坝基面中间大部分区域仍采用有限元计算.通过对坝基面局部等效处理长度进行敏感性分析,认为坝踵、坝趾各取1/6～1/4坝底宽进行等效处理.可以得到较稳定的等效应力值,坝踵、坝趾处最小单元尺寸应在1/12～1/8坝底宽.进而基于局部等效应力法分析了坝基变模对坝体变形应力状态的影响,认为局部等效应力法能较好地反映坝基不同变形模量对坝体应力状态的影响.     

重力坝三维有限元仿真分析

采用三维有限元软件（ANSYS）对大坪菁水库主坝进行了受力分析。结果表明：坝体的应力符合有限元计算的一般规律,计算结果反映了重力坝的实际应力分布情况。运用有限元软件（ANSYS）进行重力坝应力计算可节约时间,提高工作效率,有较大的实用价值。     

基于ANSYS的重力坝建基面等效应力计算

采用ANSYS进行重力坝坝体应力分析时,坝踵、坝趾等角缘部位存在应力集中现象,转化为等效应力可以有效地避免这个现象,但ANSYS没有提供专门的等效应力计算模块.本文基于ANSYS软件计算重力坝应力,采用VB可视化编程直接访问ANSYS数据库,结合等效应力计算公式实现对重力坝建基面等效应力计算,并通过算例验证了其实用性、...     

有限元内力法求解拱坝等效应力

提出了拱坝等效应力分析的有限元内力法。该法首先按常规方法建立拱坝及地基在外荷载作用下的有限元平衡方程，求解结点位移和单元应力，然后将坝体分解为拱系和梁系，根据拱和梁的内力平衡条件求解指定截面上的约束内力，并进而求解相应截面上的内力(弯矩、轴力、剪力等)和坝体内任一点的等效应力。文中推导了相应的计算公式，并对典型的圆筒拱坝分析了径向网络尺寸对等效应力计算结果的影响，从而说明了该方法的正确性。     

基于 ANSYS 的拱坝三维有限元等效应力分析

有限单元法可处理多种复杂的边界条件,计算过程更严密,在拱坝应力分析中已广泛应用。通过对坝体的离散化,将坝体离散为相互作用的单元和节点进行复杂条件下的应力分析。采用 ANSYS 分析软件计算了某水库单曲浆砌石拱坝在多种荷载组合作用下的坝体应力及变形,实现了等效应力的参数化计算,并与拱梁分载法计算成果进行对比分析,进而对拱坝结构安全性进行分析评价。     

空腹重力坝坝踵应力的有限元分析

空腹重力坝的结构比较复杂，用材料力学方法难以求出现踵的真实应力，采取弹性理论的有限元法来分析坝踵应力，对影响坝踵应力的多种因素进行了分析，以便为坝踵应力取值提供设计依据。     

有限元等效应力基于ANSYS的计算

有限元等效应力法是新规范采用的用有限元计算混凝土拱坝时的强度设计和校核的方法。基于ANSYS软件的APDL语言对等效应力的计算进行二次开发,并通过算例验证了方法的有效性,为ANSYS进行拱坝分析的实用化提供了一条有效途径。     

论混凝土拱坝有限元等效应力

有限元法计算功能很强,但由于应力集中,难以直接用于混凝土拱坝体形设计,本文首先说明采用笔者提出的有限元等效应力可以解决这一矛盾,然后给出它的计算方法和计算结果,最后说明有限元等效应力的控制标准。笔者提出的上述方法和控制准则已为我国《混凝土拱坝设计规范》( DL/T 5346-2006 )所采用。     

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。     

重力坝水力劈裂分析的扩展有限元法

水力劈裂是高坝在高水压作用下发生破坏的主要诱因之一，针对常规有限元法分析水力劈裂问题存在的缺点，研究了采用新兴的扩展有限元法（XFEM）进行重力坝水力劈裂数值模拟的方法。通过建立考虑裂纹面水压力作用问题的虚功原理，推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的有限元列式；给出了反映裂纹面不连续性的不连续函数数值积分方法、开裂判断准则、应力强度因子的积分方法以及裂纹面扩展过程模拟方法，从而给出了模拟裂纹面有分布水压力载荷作用的水力劈裂问题扩展有限元实现方法。最后通过向家坝重力坝坝踵水力劈裂数值分析，展示了该方法的可行性和优越性。算例表明应用扩展有限元法进行水力劈裂分析可克服常规有限元法的缺点，不需要裂纹面与有限元网格一致，不需要在裂缝周围布置高密度网格，模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,极大地简化了前处理工作。     

重力坝水力劈裂分析的扩展有限元法

水力劈裂是高坝在高水压作用下发生破坏的主要诱因之一。针对常规有限元法分析水力劈裂问题存在的缺点,研究了采用新兴的扩展有限元法（XFEM）进行重力坝水力劈裂数值模拟的方法。通过建立考虑裂纹面水压力作用问题的虚功原理,推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的有限元列式;给出了反映裂纹面不连续性的不连续函数数值积分方法、开裂判断准则、应力强度因子的积分方法以及裂纹面扩展过程模拟方法,从而给出了模拟裂纹面有分布水压力载荷作用的水力劈裂问题扩展有限元实现方法。最后通过向家坝重力坝坝踵水力劈裂数值分析,展示了该方法的可行性和优越性。算例表明应用扩展有限元法进行水力劈裂分析可克服常规有限元法的缺点,不需要裂纹面与有限元网格一致,不需要在裂缝周围布置高密度网格,模拟裂纹扩展过程时不需要不断地重新划分网格,极大地简化了前处理工作。     

百色水利枢纽溢流重力坝空间有限元分析研究

百色水利枢纽招标设计阶段 ,通过动态规划法获得的溢流重力坝断面较初步设计阶段的断面有所改变 ,上游面由直立改为 146 0 0 0m高程以下采用 1∶0 2的斜坡 ,下游面坡率改陡为 1∶0 70。对最高溢流坝块的空间有限元分析计算成果表明 ,修改后的坝断面应力应变状况良好。     

混凝土重力坝功能叠合区坝体应力计算方法探析

基于重力坝功能叠合区受力结构体系复杂、不易评价坝体应力安全的特点,以某水利枢纽工程的混凝土重力坝的安装间坝段为例,对坝体应力计算模型的建立、计算方法的选择以及计算结果进行了对比分析。分析计算过程中,采用材料力学方法在高水位工况坝体上游面出现了约0.1Mpa的拉应力,然后通过建立考虑结构整体受力的计算模型和采用有限元法计算,得出了所有工况坝体均处于受压状态的合乎标准要求的结果。研究表明,对于类似功能叠合区的特殊体型的大坝坝体应力分析计算,如果采用偏保守简化的计算模型和材料力学法进行计算,得出的计算结果过于保守,并影响安全评价结论;因此采用有限元方法,通过细化计算模型,进行更切合实际的受力分析,以便得出更加准确的大坝安全性评价结论。     

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.     

拱坝的有限元等效应力及复杂应力下的强度储备

有限元等效应力法今后将逐步取代拱梁分载法成为拱坝设计的主要方法,在计算有限元等效应力时,应直接进行数值积分,而不宜用二次曲线逼近,坝体自重宜用分步增量法计算,在坝体下游面压应力最大处,双向受压使混凝土抗压强度提高8％左右,如考虑施工期温度拉应力,抗压强度可能反而降低17％左右．在坝体上游面拉应力最大处,侧向压应力使混凝土抗拉强度下降7％～8％左右,在上游面拱冠区,三向受压,使抗压强度提高9％左右．