多场作用下混凝土面板堆石坝的有限元分析

发布时间：2017-08-10 05:30

  本文关键词：多场作用下混凝土面板堆石坝的有限元分析

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【摘要】：我国混凝土面板堆石坝技术引进较晚,但呈现出起点高、发展迅猛的发展态势,加上其良好的适用性、安全性和经济性等优点,近些年来被工程界广泛接受并采用,一度成为坝工界的首选坝型之一,不但积累了丰富的施工、检测运行和设计经验,而且面板堆石坝的理论和计算方法的研究也得到了长足发展,特别是面板堆石坝有限元分析取得的一系列科研成果,对面板堆石坝技术的成熟起到进一步推动作用。然而,虽然面板堆石坝技术在我国日渐成熟,但实际工程中也反馈了大大小小的问题,特别是混凝土面板开裂问题的普遍性,也反映了面板堆石坝技术的不足。堆石坝面板应力计算也就成为了堆石坝计算分析的关系课题之一。但由于堆石坝面板工作环境的复杂性,影响其面板应力量值大小的因素很多,计算过程中如何考虑诸种因素的作用,各作用又会给面板应力分布带来什么样的影响使我们需要关心和探讨的。本文首先对混凝土面板开裂及其影响因素进行了简要探讨,为下文有限元分析指定方向。然后基于ANSYS程序平台完成对堆石体本构模型的开发,使之能够方便应用到堆石坝的计算分析之中,利用生死单元、多载荷步等功能实现堆石坝施工分层填筑和上游蓄水模拟过程。结合工程实际算例计算结果,了解堆石坝施工期重力场作用下堆石体的应力和变形分布、蓄水期水力重力共同作用下堆石体的应力和变形分布以及蓄水期水力场作用下面板的应力和变形分布,深入认识混凝土面板堆石坝真实的工作性状。另外,本文探讨了面板混凝土浇筑初期考虑日气温变化混凝土面板温度场和应力场的分布,计算分析了施工期气温骤降作用对面板应力分布的影响。对面板顶端分别取自由端和约束端考虑,分析了不同约束情况下温度作用产生的应力分布的影响,确定了两者的差异,总结了温度作用下面板应力的分布规律。并结合工程实际对温度应力产生混凝土面板裂缝的可能性进行了探讨,通过对实际工程面板裂缝的走向、深度、分布规律等特征与有限元计算结果的比较分析,对实际工程面板裂缝产生的主要原因做出了解释。并结合分析结果对面板加固方法提出相应的建议,为设计施工提供技术支持。另外考虑到堆石坝混凝土面板裂缝产生的普遍性,针对温度作用产生裂缝的原因提出了设计施工上堆石坝面板裂缝预防措施。
【关键词】：混凝土面板堆石坝 有限元 应力与变形 温度作用 裂缝
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV641.43
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 混凝土面板堆石坝的发展历程和特点10-12
• 1.2 混凝土面板堆石坝技术的研究现状12-15
• 1.3 本文研究目的和意义15-16
• 1.3.1 研究目的15
• 1.3.2 研究意义15-16
• 1.4 本文主要内容16-17
• 第2章 堆石坝混凝土面板开裂的原因及影响因素17-24
• 2.1 堆石坝面板开裂条件17
• 2.2 面板温度应力近似公式推导17-20
• 2.3 面板裂缝产生的原因及影响因素20-22
• 2.4 本章小结22-24
• 第3章 堆石坝堆石料本构模型24-35
• 3.1 堆石体的力学特性24-25
• 3.2 堆石料的本构模型25-27
• 3.3 Duncan-Chang模型27-30
• 3.4 各典型本构模型计算对比30-33
• 3.5 本文堆石体本构模型的选取33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第4章 混凝土面板堆石坝有限元分析的原理和方法35-50
• 4.1 基于ANSYS模拟混凝土面板堆石坝应力应变的原理和方法35-39
• 4.1.1 ANSYS软件及其功能简介35-36
• 4.1.2 堆石体材料非线性有限元的模拟原理和方法36-39
• 4.2 施工及蓄水过程模拟在程序中的实现39-43
• 4.2.1 ANSYS程序模拟施工和蓄水过程的实现过程39-42
• 4.2.2 有限元模型的关键问题讨论42-43
• 4.3 温度荷载作用下堆石坝混凝土面板应力计算原理及模拟方法43-46
• 4.3.1 混凝土面板非稳定温度场有限元计算原理43-45
• 4.3.2 考虑变温荷载作用时面板的应力计算原理45-46
• 4.4 温度场及温度应力计算过程中的关键技术问题46-49
• 4.4.1 程序模拟混凝土温度场的可行性讨论46-47
• 4.4.2 温度场及温度应力场计算过程的实现过程47-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 工程应用50-86
• 5.1 白云电站混凝土面板堆石坝的应力应变分析50-63
• 5.1.1 工程概况50-51
• 5.1.2 坝体有限元模型51-52
• 5.1.3 计算工况及荷载52
• 5.1.4 计算结果及分析52-63
• 5.2 温度场作用下的混凝土面板的应力分析63-75
• 5.2.1 计算条件63-66
• 5.2.2 计算工况选取66-67
• 5.2.3 计算结果及分析67-75
• 5.3 实际工程裂缝分布与有限元计算结果的对比分析75-84
• 5.3.1 工程实际裂缝检测结果76-78
• 5.3.2 白云电站面板裂缝成因分析78-82
• 5.3.3 裂缝处理方案82-84
• 5.3.4 相关坝体裂缝预防措施84
• 5.4 本章小结84-86
• 结论和展望86-88
• 参考文献88-91
• 致谢91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘萌成;高玉峰;刘汉龙;;混凝土面板堆石坝应力变形长期性状有限元模拟[J];岩土力学;2010年S1期

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本文编号：649077