重力坝的三维有限元分析以及断面优化设计
发布时间：2021-06-10 17:44
混凝土重力坝是我国目前用的比较多的一种坝型,它主要是用于水利工程中的挡水与泄水,在水利水电工程中起着非常重要的作用。混凝土重力坝具有设计施工技术相对简单、对地形与地基的适应性比较强、安全可靠、便于施工导流等优点,但同时它自身也有一些缺点,即坝体体积比较大,所以修建大坝材料用量就比较多,对于大体积混凝土重力坝来说,在满足安全、强度的情况下,减小一部分的断面尺寸,就可以减少很多材料用量,从而减小工程量,所以重力坝断面的设计是重力坝设计中的一项重要内容。重力坝断面设计的内容是在满足安全稳定强度的情况下,设计出使面积相对最小并符合设计构造要求的坝体断面尺寸。本文主要用三维有限元软件ANSYS Workbench对重力坝进行应力分析和位移分析,然后对其坝体断面进行优化设计,得到一个满足稳定可靠等要求的重力坝优化断面尺寸,也对以后重力坝的优化设计提供一些可靠的指导。通过对非溢流混凝土重力坝的分析与优化设计,得出以下主要结论:（1）根据大坝的基本情况,运用CAD和NX10.0软件画出重力坝的二维和三维计算模型。采用ANSYS Workbench对某典型非溢流混凝土重力坝进行了三维有限元应力分析与位移...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主要技术路线图
本文以某一典型混凝土重力坝的非溢流坝段为例。其工程等级为一级，且床基岩地质情况良好，地基高程 20 米。其非溢流坝段坝高 119 米，其坝段坝顶为 35 米，坝顶宽度为 11 米，坝底宽度为 101.64 米，正常蓄水位高程为 133 米对应下游水位高程为 35.2 米；校核洪水位高程为 137.05 米，对应下游水位高程36.7 米。坝体混凝土的各项特性为：弹性模量 E 25.5GPa，主泊松比 0.167密度3 2400k g/m；地基岩石的各项特性：弹性模量 E 20GPa，主泊松比 0.密度3 2600k g/m；其抗剪断参数根据工程地质资料参考规范，取抗剪强f 0.70，抗剪断强度 f 1.25，抗剪断凝聚力 c 1.20MPa，坝体混凝土采用的C20 混凝土，则其抗压强度设计值为9.60MPa ，抗拉强度设计值为1.10MPa，坝与坝基材料力学参数特性如下表 4.1，其非溢流坝段基本断面图如图 4.1 所示。表 4.1 坝体与坝基力学参数表材料 弹性模量 E(GPa) 泊松比( ) 密度 (3kg /m 坝体混凝土 25.5 0.167 2400地基岩石 20 0.2 2600
模型建立及边界条件.1 计算模型的简化为了方便计算以及减少计算机运行的负荷，在建立模型时，合理的简化坝体模型，忽略了防浪墙、交通廊道以及灌浆廊道等，而相对于冲砂洞开挖形式等，则应该与实际工程相一致。大坝计算模型采用整体笛卡尔将 X 轴作为顺河流方向，正方向为从上游指向下游的方向；竖直方向为 Y向上为正；那么 Z 轴为坝轴线方向，从左岸指向右岸为正方向。通过以项目实践研究中了解到，如果基础的尺寸为一定程度的时候，此时用有计算的坝体位移和应力基本就不会随基础模型大小而变化[66]。因此，为小坝体基岩和边界条件对于坝体的最后分析结果的影响，就应该尽可能有限元模型计算的范围增大。所以，此重力坝的计算模型的范围设定为型的基础深度从坝基面竖直向下延长 240 m，大约 2 倍的坝高；从坝踵延长 240 m，约 2 倍的坝高，从坝趾处向下游延长 240 m，约 2 倍的坝AYS Workbench 中的静力分析结构图如图 4.2 所示，重力坝二维平面计算 4.3 所示，三维计算模型如图 4.4 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]重力坝沿建基面抗滑稳定的研究[J]. 杨清平,李俊杰. 东北水利水电. 2011(10)
[2]溢流坝剖面设计软件开发[J]. 张纯永,辛全才. 水力发电. 2011(09)
[3]工程结构优化设计研究进展[J]. 蔡新,李洪煊,武颖利,朱杰. 河海大学学报(自然科学版). 2011(03)
[4]ANSYS二次开发技术在协同仿真环境中的应用[J]. 杨磊,刘更,郑党党,郭琦. 机械设计与制造. 2011(05)
[5]ANSYS Workbench二次开发技术及应用[J]. 李元林,江思跃. 中国制造业信息化. 2010(14)
[6]基于重力坝应力计算及稳定分析的优化设计[J]. 钱波. 水利与建筑工程学报. 2010(02)
[7]结构优化设计理论与方法研究进展[J]. 李晶,鹿晓阳,陈世英. 工程建设. 2007(06)
[8]俄罗斯布列依水电站[J]. C.M.萨佐诺夫,赵秋云. 水利水电快报. 2007(18)
[9]基于ANSYS的混凝土重力坝应力研究[J]. 解修琼,王倪进. 黑龙江水专学报. 2006(04)
[10]漳平市泽源水电站重力坝优化设计[J]. 苏卷昌. 水利科技. 2005(03)
硕士论文
[1]某混凝土重力坝地震动响应及敏感性研究[D]. 范鹏霞.广州大学 2017
[2]基于ANSYS和遗传算法的重力坝剖面优化设计[D]. 吴克倩.西北农林科技大学 2017
[3]有压引水隧洞温度场和应力场三维有限元分析[D]. 丁少超.兰州理工大学 2017
[4]基于ANSYS的混凝土重力坝有限元法静动力分析[D]. 丰梦梦.西华大学 2016
[5]面向电力市场的梯级水电站短期优化调度研究[D]. 孙志璇.兰州理工大学 2016
[6]锦江水库重力坝应力及稳定分析[D]. 孙章平.河北工程大学 2013
[7]混凝土重力坝建基面抗滑稳定性研究[D]. 高凤.山东大学 2012
[8]重力坝数字化系统开发与应用研究[D]. 陈锋.郑州大学 2011
[9]混凝土重力坝静动力有限元分析[D]. 李保华.郑州大学 2009
[10]基于有限元法的软基重力坝剖面优化设计[D]. 贺周识.西北农林科技大学 2009
本文编号：3222839
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
主要技术路线图
本文以某一典型混凝土重力坝的非溢流坝段为例。其工程等级为一级，且床基岩地质情况良好，地基高程 20 米。其非溢流坝段坝高 119 米，其坝段坝顶为 35 米，坝顶宽度为 11 米，坝底宽度为 101.64 米，正常蓄水位高程为 133 米对应下游水位高程为 35.2 米；校核洪水位高程为 137.05 米，对应下游水位高程36.7 米。坝体混凝土的各项特性为：弹性模量 E 25.5GPa，主泊松比 0.167密度3 2400k g/m；地基岩石的各项特性：弹性模量 E 20GPa，主泊松比 0.密度3 2600k g/m；其抗剪断参数根据工程地质资料参考规范，取抗剪强f 0.70，抗剪断强度 f 1.25，抗剪断凝聚力 c 1.20MPa，坝体混凝土采用的C20 混凝土，则其抗压强度设计值为9.60MPa ，抗拉强度设计值为1.10MPa，坝与坝基材料力学参数特性如下表 4.1，其非溢流坝段基本断面图如图 4.1 所示。表 4.1 坝体与坝基力学参数表材料 弹性模量 E(GPa) 泊松比( ) 密度 (3kg /m 坝体混凝土 25.5 0.167 2400地基岩石 20 0.2 2600
模型建立及边界条件.1 计算模型的简化为了方便计算以及减少计算机运行的负荷，在建立模型时，合理的简化坝体模型，忽略了防浪墙、交通廊道以及灌浆廊道等，而相对于冲砂洞开挖形式等，则应该与实际工程相一致。大坝计算模型采用整体笛卡尔将 X 轴作为顺河流方向，正方向为从上游指向下游的方向；竖直方向为 Y向上为正；那么 Z 轴为坝轴线方向，从左岸指向右岸为正方向。通过以项目实践研究中了解到，如果基础的尺寸为一定程度的时候，此时用有计算的坝体位移和应力基本就不会随基础模型大小而变化[66]。因此，为小坝体基岩和边界条件对于坝体的最后分析结果的影响，就应该尽可能有限元模型计算的范围增大。所以，此重力坝的计算模型的范围设定为型的基础深度从坝基面竖直向下延长 240 m，大约 2 倍的坝高；从坝踵延长 240 m，约 2 倍的坝高，从坝趾处向下游延长 240 m，约 2 倍的坝AYS Workbench 中的静力分析结构图如图 4.2 所示，重力坝二维平面计算 4.3 所示，三维计算模型如图 4.4 所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]重力坝沿建基面抗滑稳定的研究[J]. 杨清平,李俊杰. 东北水利水电. 2011(10)
[2]溢流坝剖面设计软件开发[J]. 张纯永,辛全才. 水力发电. 2011(09)
[3]工程结构优化设计研究进展[J]. 蔡新,李洪煊,武颖利,朱杰. 河海大学学报(自然科学版). 2011(03)
[4]ANSYS二次开发技术在协同仿真环境中的应用[J]. 杨磊,刘更,郑党党,郭琦. 机械设计与制造. 2011(05)
[5]ANSYS Workbench二次开发技术及应用[J]. 李元林,江思跃. 中国制造业信息化. 2010(14)
[6]基于重力坝应力计算及稳定分析的优化设计[J]. 钱波. 水利与建筑工程学报. 2010(02)
[7]结构优化设计理论与方法研究进展[J]. 李晶,鹿晓阳,陈世英. 工程建设. 2007(06)
[8]俄罗斯布列依水电站[J]. C.M.萨佐诺夫,赵秋云. 水利水电快报. 2007(18)
[9]基于ANSYS的混凝土重力坝应力研究[J]. 解修琼,王倪进. 黑龙江水专学报. 2006(04)
[10]漳平市泽源水电站重力坝优化设计[J]. 苏卷昌. 水利科技. 2005(03)
硕士论文
[1]某混凝土重力坝地震动响应及敏感性研究[D]. 范鹏霞.广州大学 2017
[2]基于ANSYS和遗传算法的重力坝剖面优化设计[D]. 吴克倩.西北农林科技大学 2017
[3]有压引水隧洞温度场和应力场三维有限元分析[D]. 丁少超.兰州理工大学 2017
[4]基于ANSYS的混凝土重力坝有限元法静动力分析[D]. 丰梦梦.西华大学 2016
[5]面向电力市场的梯级水电站短期优化调度研究[D]. 孙志璇.兰州理工大学 2016
[6]锦江水库重力坝应力及稳定分析[D]. 孙章平.河北工程大学 2013
[7]混凝土重力坝建基面抗滑稳定性研究[D]. 高凤.山东大学 2012
[8]重力坝数字化系统开发与应用研究[D]. 陈锋.郑州大学 2011
[9]混凝土重力坝静动力有限元分析[D]. 李保华.郑州大学 2009
[10]基于有限元法的软基重力坝剖面优化设计[D]. 贺周识.西北农林科技大学 2009
本文编号：3222839
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