基于弹性力学理论的重力坝应力计算方法

基于弹性力学理论,运用等效应力法、量纲分析法等,结合Saint-Venant原理和叠加原理,通过直角坐标系与极坐标系的转换,导出了重力坝坝体内部应力的计算表达式,可以较为精确地给出在任意水位时重力坝坝体内部任意一点的应力值。该法为重力坝的应力计算提供了新的思路,也可为重力坝坝体强度的综合评定提供研究依据。     

基于ABAQUS的碾压混凝土重力坝三维非线性静力分析

为更好地解决实际工程中重力坝坝体混凝土材料与坝基岩体应力应变的非线性关系,提出材料非线性有限元分析方法,用于计算坝体的应力.首先运用ABAQUS软件中专门设置的初始地应力平衡步骤对算例坝基地应力进行平衡,验证在重力坝应力分析中施加初始地应力的正确性和精确性;然后运用ABAQUS软件中的混凝土损伤塑性本构模型和扩展Drucker-Prager模型对重力坝进行非线性分析.通过对线性和非线性计算结果进行比较,发现应用非线性有限元法计算的重力坝应力和位移结果要比线性的小,证明有限元的非线性分析更加适用于实际坝体应力分布和位移研究.     

兰溪桥重力坝加高后关键部位的应力特性

重力坝加高后会带来坝踵应力恶化、新老坝体结合面开裂及新混凝土表面裂缝等问题.针对兰溪桥重力坝加高工程自身特点,运用三维有限元方法,对加高后的温度、应力进行了精细化仿真计算分析.计算结果表明,加高后坝踵应力并未恶化;水库蓄水时,在坝体上游面短期内会产生较大拉应力;新老坝体结合面应力主要是法向正应力和沿坝坡方向的切应力;新浇坝体在采取适当温控措施后可以满足防裂要求.综合各方面考虑,兰溪桥重力坝常态混凝土加高方案是可行的.     

腹拱式重力坝坝体应力的试验研究

腹拱式重力坝是一种新坝型,坝上游面倾斜,坝内设有腹拱。坝体断面的应力分布比较均匀,坝体材料得到充分的利用,上游坝趾的垂直应力较高,坝体承受特殊超载的能力较大,比较一般砼重力坝的应力状态有了很大改善。为了寻找这种新坝型的最好轮廓剖面,利用偏光弹性力学的冻结应力方法,做了廿多组不同轮廓尺寸的坝体剖面的应力试验,经过平衡校核,对于推荐的剖面还进行了重复试验,认为试验结果是可信的。试验中个别方案还采用了软胶纲格法试验;并简化成无铰拱,用结构力学的方法进行了近似的应力计算。三种不同方法所得的应力情形是接近的。根据不同轮廓尺寸剖面应力试验的结果,分析了各种轮廓尺寸的变化对坝体应力分布的影响。初步认为确定坝体轮廓尺寸的规则如下：坝体上游边坡宜为：１∶０．２－１∶０．４,下游边坡宜为１∶０．７５－１∶０．９;腹拱宜做成略向上游倾斜的椭圆形;拱高宜为坝高的２５－３５％;上游腿应比下游腿略厚,以使重心偏向上游;设置坝内电厂时尾水管的宽度宜等于或小于坝段宽的３０％。最后推荐方案的应力试验成果,坝体基本上全部为压应力,坝体断面的应力分布均匀,上游坝趾的压应力较高。以１－Ⅷ号方案为例,坝内只个别点出现了最大为４公斤／厘米２的拉应力,     

重力坝应力的临界能量误差限自适应有限元分析

本文应用自适应有限元法对重力坝应力的能量误差限进行了研究。通过对不同坝高,不同上游、下游坡比等多种形状重力坝坝体的应力分析,得出在重力坝应力分析过程中存在临界能量误差限,该误差限对不同坝体外形会有微小变化。该结果将会有助于重力坝坝体有限元应力分析和建立重力坝有限元分析标准。     

异弹模重力坝模型试验及应力研究

旨在应用实验方法和理论方法探讨重力坝的面板与坝体应力分布情况，特别是异弹模比大于５时坝应力的分布情况，为简捷计算法提供依据．     

基于混凝土损伤和断裂力学的重力坝体型优化设计研究

重力坝体型优化设计一直以来都是一个重要的研究课题.在常规优化设计考虑应力和稳定性约束条件的基础上,采用有限元软件ANSYS的一阶优化法,将混凝土指数函数损伤理论与断裂力学运用到坝体优化中,将坝踵区损伤控制在峰值损伤之内,限制坝体损伤的进一步发展;重力坝在运行过程中不可避免的会产生裂缝,尤其是在坝踵附近,考虑裂缝的产生并采用K判据分析裂缝的稳定性.将该方法应用于某重力坝的体型优化设计中,得到的考虑损伤后的优化设计结果虽比常规优化设计断面面积稍有增大,但可以控制损伤的进一步发展,所以更加安全.在加入损伤约束的基础上进一步考虑裂缝的产生,得出了即便在产生裂缝的情况下,坝体也能安全工作的剖面形态,且在优化过程中可以节省材料.此方法可为今后的重力坝设计提供一定的理论基础.     

龙滩重力坝21坝段及引水道三维结构分析研究

采用三维有限元法,对龙滩碾压混凝土重力坝21坝段坝体及引水道组合结构进行了分析.研究了施工期及运行期4种工况下坝体的应力变形情况,重点了解了引水道沿水流方向8个剖面的环向应力、闸门槽周边正应力及坝内3个廊道周边环向应力,并对计算结果进行了分析评价.最后文中给出了一些建议,为结构的设计、施工提供参考依据.     

基于混凝土损伤理论的重力坝体型优化设计

重力坝体型优化设计一直以来都是一个重要的研究课题,在施工和运行过程中,长期在荷载作用下坝体不可避免的会产生损伤,使材料性能劣化,尤其是在应力集中较大的坝踵附近,因此在重力坝体型优化设计中应该考虑损伤的影响。在常规优化设计的基础上,基于混凝土指数函数损伤理论,考虑和限制坝踵的损伤的发展,采用有限元软件ANSYS自带的一阶优化法,全程编写分析文件和优化文件的ADPL语言对某重力坝进行体型优化设计,得出当将坝踵损伤控制在峰值损伤时,既可以控制损伤的进一步发展,保证坝体的安全,同时也可得到较为经济的剖面形态,该重力坝剖面形态比常规设计得到的结果更符合重力坝材料性能劣化后的工作性态,可为以后的坝工设计提供一定的参考。     

整体式碾压混凝土重力坝预裂缝的效应与分析

为防止温度裂缝，在整体式碾压混凝土重力坝中预设裂缝，采用空间有限元法计算具有预裂缝的整体式碾压混凝土重力坝的应力和位移，分析预裂缝对坝体应力和位移场的影响，在有限元计算中考虑碾压混凝土薄弱面的影响.将坝体材料作为正交各向异性材料，采用相当弹性模量，对预裂缝问题提出合理建议。     

重力坝加高后的温度应力特性

针对重力坝加高后的温度应力问题,基于温度场和徐变应力场有限单元法,对某重力坝加高过程进行仿真计算,分析坝体加高后温度和应力的变化.结果表明,坝体加高后新老混凝土结合面附近会产生较大拉应力,坝踵处应力基本不受新混凝土收缩的影响,其应力恶化的主要原因是蓄水位上升.通水冷却对降低坝内温度和应力有显著作用,但坝体应力对通水温度并不敏感.最后建议高温季节的加高工程宜在气温较低的早晚浇筑新混凝土.     

水电站框格重力坝应力及稳定分析

为研究广西拉浪水电站扩建工程破坝开孔对坝体稳定性的影响,运用了规范规定的材料力学法并结合三维有限元软件,对4个施工步骤共7种工况下进水口及整个坝体应力及稳定性进行分析,结果表明:材料力学法计算的孔口底部截面最大压应力为0.67MPa,最小压应力为0.34MPa,坝基截面最大压应力为0.63MPa,最小压应力为0.06MPa,均满足《混凝土重力坝设计规范SL319-2005》中坝体上游面的垂直应力不出现拉应力且不大于混凝土允许压应力的要求。进水口以上坝体抗滑稳定安全系数K为1.24,K′为5.28,全坝体抗滑稳定安全系数K为1.10,K′为3.10,均大于《混凝土重力坝设计规范SL319-2005》规定的K为1.0与K′为2.5,满足抗滑稳定要求。在孔口周围、压力管上弯段及下弯段存在局部拉应力区,建议在局部拉应力区合理配筋。     

结构-地基相互作用的频域计算模型

基于比例边界有限元法（SBFEM）建立了结构-无限地基相互作用分析的频域透射边界,这种透射边界精确满足Sommerfeld辐射条件.该方法的特点是可以根据精度需要从低阶到高阶逐步递推计算无限域刚度矩阵,应用简单且十分方便.针对文献中比较常用的各种无限地基计算模型的适应性进行了一定的研究分析.结合无限地基上重力坝的地震响应,对无限地基迟滞效应的影响进行了对比分析,由对比结果可以看出考虑无限地基影响时的坝体最大拉应力分布比常用的无质量地基模型的计算结果约小15%;考虑迟滞效应时最大应力计算结果比不考虑迟滞效应时的计算结果增加了约25%.     

整体重力坝的应力分析

本文讨论了整体重力坝的应力分析方法。假设各坝段之间的键槽只能传递水平方向的剪力,以各键槽间相互作用的剪力为主变量,用柔度法求解。实例计算的结果表明,我们建议的方法不但能够求得整体重力坝的应力分布,还可以对岸坡坝段和坝座基岩的强度和稳定性分析提供有益的资料。     

重力坝-库水-地基相互作用分析方法比较研究

对5种不同高度的重力坝分别采用流固耦合模型与附加质量模型进行了坝体-库水系统相互作用的时域地震动分析.将这两种模型计算所得动水压力结果与Westergaard公式解析解相比较可知,约70m高的中低重力坝采用Westergaard公式计算动水压力就能满足工程实际的要求;对于160m以上的中高重力坝,采用流固耦合模型计算库水作用及坝体动力响应较为接近现实情况.从坝体频率、位移、峰值加速度(PGA)三个方面的结果可以看出,附加质量模型模拟地震条件下库水对坝体作用较流固耦合模型有一定的夸大,对中高坝而言更为显著.地基对200m级高坝库水作用的影响非常明显,在计算坝体与库水相互作用时地基作用不可忽略;对于70m高的中低坝,地基作用可以不用考虑.     

地球的应力——球壳型重力应力的理论公式

Heim把地壳看作平板,用弹性力学方法求得平板型重力应力的理论公式。该文把地壳看成球壳,也用弹性力学方法求得球壳型重力应力的公式。两种理论公式中的铅垂应力计算公式几乎相同,而且被实践证明是正确的。但前者的水平应力计算公式与众多的实测资料相矛盾,而后者的水平应力计算公式能与众多实测资料相吻合。     

基于ADINA的重力坝流固耦合动力特性分析

主要探讨了固体与水体相互作用下的动力特性。首先进行纯固体结构的自重以及频域计算,其次结合Westergarrd理论方法,采用ADINA-FSI方法完成重力坝的全流构耦合计算研究。探究了水体的存在下的坝体应力以及水体对结构的自振频率影响。计算结构表明:流构耦合模型计算结果,结构大部分位移较小,更能反映水体-固体相互作用的要求,从而得出一些有价值的成果供工程设计参考。     

某拱坝线弹性有限元法坝体应力分析

本文采用线弹性有限元法计算了某拱坝正常蓄水位+温升、正常蓄水位+温降工况的坝体应力,除温升工况上游坝面的主压应力外,拉、压应力均满足应力控制标准。线弹性有限元法与拱梁分载法计算的坝体最大应力、位移值为同一量级,但具体数值和出现部位有差别,体现了不同计算原理和计算模型带来的差异。     

基于有限元法的高混凝土坝温度场反馈分析模型探讨

高混凝土坝温度应力是导致坝体上游劈头裂缝以及内部贯穿裂缝的重要原因.如何依据实测资料正确反馈分析温度场,是计算大坝真实应力状态、全面评价大坝安全可靠度首要解决的问题.探讨了基于有限元法的温度场反馈分析模型,给出了边界条件、施工参数、材料参数等的确定方法;提出了两种推算实际库水温度变化的近似方法;指出反馈模型调整的关键问题在于通水冷却、坝踵附近边界条件及基岩温度;最后通过索风营重力坝对反馈分析模型进行了应用验证.     

观音岩碾压混凝土重力坝动力分析

在VII度设防烈度下,按《水工建筑物抗震设计规范》(DL5073—2000)的标准和方法对观音岩碾压混凝土重力坝泄水坝段进行三维有限元动力计算。分析其地震动力响应,泄水坝段坝趾、坝踵及进水口、泄水口的应力、应变状况。计算结果表明,坝体满足抗震设防要求,是安全可靠的。