利用拱端反力递推方法分析拱坝应力

本文采用四向调整拱梁分载法对拱坝应力进行了研究与公式推导,并编制了FORTRAN语言计算程序。该程序分别在VAX-8350计算机和IBM-XT微型计算机上进行了调试与计算,根据几个工程实例的计算比较,其成果符合一般规律。为节省计算机内存和提高计算速度,文中利用拱端反力系为基本未知量,从两岸逐梁递推,得出以拱端反力系线性表示的各条梁结点处拱的力学参数,然后在拱冠梁结点建立内力平衡和变位协调方程,从而可解出拱端反力系和拱冠梁结点处拱的分配荷载,再回代计算拱坝所有结点处拱的力学参数,最后用材料力学方法计算应力。     

多拱梁位移法

多拱梁法是把拱坝离散为一系列水平向的拱和竖直向的梁。一般是用分载法求解,即以拱或梁分担的荷载为未知数,以节点处的位移相等为条件。建立方程求解。本文放弃分载的概念。以节点(拱梁交点)位移为未知数,以节点平衡为条件,建立方程求解。该法概念清楚、算法有规律,很适于计算机自动计算。本文推导了拱单元、梁单元、基础单元的单元刚度矩阵。推导了各种荷载的等效节点力。最后提供了一个计算实例,以资与多拱梁分载法比较     

拱坝应力分析中的有限元内力法

提出了拱坝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水压力、自重等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，并通过对典型的圆筒拱坝和拟建的某高拱坝的应力分析说明了该方法的正确性.     

某拱坝坝身应力的拱梁分载法分析

本文采用拱梁分载法对某水电站拱坝在基本荷载组合和特殊荷载组合作用下的坝身应力进行了分析。选取10拱21梁对拱坝坝身进行网格划分,计算得到各工况下坝身与坝肩应力。结果表明,坝体位移、应力分布规律合理,在控制工况下最大主拉应力值、最大主压应力值也均满足规范规定的应力控制要求。     

介绍拱坝应力分析的一种方法——弹性地基梁法

由壳体理论,经分析简化,拱坝可视作由悬臂梁、水平拱及扭转结构所组成.在分析这些结构体系的效应时,将拱坝分解为一系列悬臂梁与水平拱,悬臂梁视作由水平拱所提供的弹性地基梁.考虑径向及扭转作用,用变位法建立悬臂梁各支承节点的平衡方程,求解节点变位,从而求得相应的抗力以及这些结构体系所分配的荷载,然后计算拱坝应力.     

改进的拱坝等效应力分析方法

对有限元内力法求解拱坝等效应力分析进行了进一步改进,假定拱、梁方向上的正、剪应力在拱、梁截面上的面单元内呈双线性分布。从而导出根据截面约束内力求解等效节点应力的公式,并在此基础上导出拱梁向应力为直线分布时的上、下游面等效应力的求解方程和主应力求解公式．对典型的圆筒拱坝用本文方法进行应力分析。得出的拱及梁向应力结果与试载法分析结果基本一致,表明用本文分析方法得出的应力结果可以按现行的拱坝设计规范规定的应力标准评价拱坝坝体安全度．     

固接抛物线浅拱的平面内稳定性分析

对固接抛物线浅拱的静力及动力稳定性问题进行了研究.基于哈密尔顿原理推导出抛物线浅拱的动力学控制方程,并推得非线性静力平衡方程及静力跃越和分岔屈曲的解析方程;利用体系不稳定平衡时的能量守恒原理确立了发生动力屈曲的临界条件并得到动力屈曲相对荷载上限及下限值.分析结果表明:浅拱的修正长细比及结构已存在荷载是影响浅拱屈曲的重要参数,阶跃荷载作用下浅拱的静力及动力屈曲相对荷载随着长细比的增加而增加,而动力屈曲荷载随结构已存在荷载的增大而减小;当稳定平衡时系统势能大于零,浅拱的动力屈曲荷载将显著提高.     

圆拱结构静力分析的直接刚度法

为了研究圆拱在复杂受力状态下的内力及位移大小,考虑了圆拱的轴向变形,对其平衡方程、几何方程、物理方程进行了分析,建立了圆拱轴向位移和径向位移的控制方程;并对三类典型荷载作用下的圆拱结构分别进行了研究,求得了用基函数向量以及积分常数向量表达的圆拱轴向位移和径向位移的解析解;根据位移边界条件,得到了位移系数;根据圆拱内力方程,建立了以矩阵形式表达的刚度平衡方程;经矩阵变换得到了圆拱分析的刚度矩阵模型以及等效节点力向量。同时,通过算例,与理论解析解和传统有限元模型中的经典直梁单元进行对比与分析,验证了单元的精度及效率。研究结果表明:通过直接刚度法求得的圆拱刚度矩阵及等效节点力模型,可用于各类圆拱结构的静力数值分析,得到圆拱内力及位移的精确解。     

拱坝体形优化设计的非线性研究

以拱梁分载法为基础,采用有限元方法进行拱坝应力分析和体形优化,提出了拱坝体形优化方案,有助于提高拱坝的安全度和降低造价,提高拱坝设计水平．     

白莲崖水电站碾压混凝土拱坝结构受力分析

采用有限单元法对白莲崖水电站碾压混凝土拱坝进行了仿真分析,并把计算结果与拱梁分载法、试载法的计算结果进行比较,指出用有限元法分析拱坝的优势和不足．为有限元法在拱坝设计中的应用提供了一定的参考依据。     

用分载位移法进行拱坝动力分析

本文用基于试载法的分载位移法进行拱坝动力分析,并讨论拱坝动力分析试载法中柔度矩阵的对称性质及自振特性分析等问题,指出柔度矩阵是不对称的;因而不能直接套用直接滤频法或斯托杜拉(Stodola)法计算自振特性.文中进一步证明了用直接滤频法可以得到准确的固有频率,但须经过转换才能得到准确的振型.计算实例表明,分载位移法的计算结果与有限元法的结果吻合较好.     

拱坝极限承载力的分析方法研究

本文讨论拱坝极限状态与极限承载力的分析方法.采用非线性有限单元法,分别根据最大正应力准则和脆性损伤模型,求得了某高拱坝的极限水压力超载系数,两种计算模型求得的该拱坝的破坏方式基本相同,极限超载系数接近,说明了建议的方法可以进一步用于拱坝的设计.     

圆拱稳定的变分分析

根据势能原理，建立以位移为基本未知量的圆拱总势能，采用变分分析，推导出圆拱在弯曲平面内的平衡微分方程，应用能量法，可直接近似计算在均布压力作用下不同支承的变截面圆拱，以及在非均布压力作用下等截面圆拱屈曲的临界荷载，算例表明，能量法计算圆拱稳定问题十分简便，适合于工程应用。     

双模量悬臂梁在分布荷载作用下的Kantorovich解

双模量悬臂梁在均布载荷作用下发生弯曲变形时,会形成各向同性的拉伸区和压缩区.在此种情况下,把双模量悬臂梁看成2种各向同性材料组成的层合梁,采用弹性理论建立了双模量悬臂梁在均布载荷作用下的静力平衡方程,利用静力平衡方程确定了双模量悬臂梁的中性面位置.在此基础上,利用Kantorovich法研究了分布载荷作用下双模量悬臂梁的平面应力问题,推导出了悬臂梁的应力公式.并把该应力公式的计算结果与有限元法的计算结果进行了比较,验证了双模量悬臂梁的应力公式是可靠的.算例分析表明,分布载荷作用下双模量悬臂梁的平面应力问题,不宜采用相同弹性模量弹性理论,而应该采用双模量弹性理论.     

变截面悬臂空心圆柱的冲击动力特性

变截面悬臂空心柱是一类在工程中有着广泛应用的特殊结构。为了研究其在冲击荷载作用下的动力特性,通过准静态极限分析与冲击动力学理论,对其在等厚度与变厚度两种情形下的冲击响应展开研究。定义了荷载位置参数与塑性铰位置参数,并根据荷载位置参数给出了塑性铰位置的判定条件。利用动量定理与动量矩定理推导了悬臂端加速度的表达式以及塑性铰位置参数的控制方程。根据分布惯性力与剪力的微分关系以及剪力与弯矩的微分关系分别推导了剪力和弯矩的表达式;分析了荷载位置参数对塑性铰位置参数与悬臂端加速度的影响,以及塑性铰位置参数对悬臂端加速度的影响。算例结果表明：悬臂端加速度与塑性铰位置参数的本文解与数值解吻合良好;塑性铰位置参数随荷载位置参数的增大而增大,且二者关系几乎呈线性;悬臂端加速度随荷载位置参数、塑性铰位置参数的增大而减小。可见当冲击荷载明显超过固定端的静态极限荷载,且荷载位置参数小于临界荷载位置参数时,变截面悬壁空心柱将在柱中产生塑性铰。因此,出于结构可靠性考虑,工程中应对此类问题予以重视。     

下套拱加固石拱桥复合拱圈极限承载力研究

下套拱加固石拱桥形成的复合拱圈由石块、砂浆、混凝土和钢筋四种材料组成,而且属于二次受力结构,受力复杂.采用分离模型和整体连续体模型相结合的方法,提出复合拱圈的极限承载力有限元计算方法.有限元计算结果与试验结果吻合良好,表明有限元计算方法能够反映复合拱圈的受力性能.应用该方法,对某实桥进行了分析,结果表明,复合拱圈在半跨均布活载和L/4集中活载联合作用下的破坏模式为四铰破坏,第二个铰出现时荷载已达极限荷载的77.9%.复合拱圈的极限承载力随着集中活载占总活载的比例的增大而减小,随加固层厚度和配筋率的增大而增大.加固层混凝土的强度对复合拱圈的极限承载力影响较小,因此,加固层不必采用高强混凝土.     

拱坝五种非圆弧拱的计算公式

本文以圆弧拱坝的形、载常数的基本公式为基础,推导了等厚抛物线、三心圆、椭圆、双曲线及对数螺旋线等拱圈的内力、变位计算公式.这些公式可供编制考虑扭转的拱冠梁法程序使用或计算精度要求更高的非圆弧拱坝应力计算的电算程序参考.     

特高薄拱坝坝体屈曲分析及应力控制指标的修正

对高薄拱坝几何参数进行了统计分析,根据此分析结果建立了特高薄拱坝稳定分析概化模型.采用空间有限元稳定分析方法对特高薄拱坝的坝体屈曲问题进行了研究,并通过对拱坝的强度和稳定超载分析,得出了拱坝破坏包络曲线.分析结果表明,特高薄拱坝设计时应重视坝体屈曲影响,考虑坝体屈曲影响后应对应力控制指标进行修正.