南奥江水电站碾压混凝土重力坝设计及断面优化

发布时间：2017-10-03 11:19

  本文关键词：南奥江水电站碾压混凝土重力坝设计及断面优化

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【摘要】：碾压混凝土的筑坝技术具有施工速度快、工期短、造价低等优点而在世界范围内得到迅速发展,但碾压混凝土重力坝是大体积混凝土,其工程量大、工程投资大,因此,进行坝体断面的优化设计显得尤为重要。由于水泥水化热在坝体内部产生大量的热量,且存在层间温差,坝体出现较大温度应力,甚至可能产生裂缝。本文主要研究内容:(1)本文完成了溢流坝段、非溢流坝段和冲沙泄洪孔等在内的主要建筑物的设计。溢流坝设计,根据泄洪和发电水头的要求确定了溢流坝段宽度和坝顶高程,选择合适的堰面曲线和坝体段面,选择合适的消能型式,初步选定消能型式为挑流消能型式并进行消能计算,根据抗剪断强度公式进行溢流坝段的抗滑稳定安全系数的计算并按照应力计算公式进行应力分析,使其满足规范;非溢流坝设计,初拟非溢流坝段上游坝坡铅直,下游坝坡坡率与溢流坝中间直线段一致,对非溢流坝段进行抗滑稳定计算及应力分析,使其满足规范;冲沙泄洪孔设计,初拟泄洪孔进口底板高程和泄洪孔尺寸,冲沙泄洪孔和溢流坝联合泄流情况下能够满足泄洪要求即可。(2)结合国内已建工程,选择碾压混凝土的基本参数;结合工程现有资料,初拟坝区气温变化函数,初步估算混凝土浇筑温度,并初拟坝体的施工过程;采用ANSYS软件,根据可行性阶段初拟坝体几何参数建立三维实体模型;建模过程中简单模拟了坝体的施工过程,并且考虑了混凝土的浇筑温度、外界气温的变化、水泥水化热温升及分层等因素,通过热分析可以得到施工期的温度场,提取所得温度场结果进行结构分析,可以得到施工过程中的温度应力场。坝体初期温度较高,随着坝体上升,坝体温度逐渐降低,内部温度相对较高;初期以压应力为主,随着浇筑过程,逐渐出现拉应力和压应力交替现象,为下阶段的设计提供参考。(3)结合工程实际,根据可行性研究阶段初拟的设计工况和校核工况的坝体基本断面,采用ANSYS软件的优化模块,通过初拟的几何参数建立二维平面模型,约束条件包括几何约束条件和性态约束条件,目标函数为截面的面积,采用一阶优化法进行优化。优化后的坝体,设计工况下最优截面比初始设计断面面积减少14.86%,校核工况下最优截面比初始校核断面面积减少7.40%,两种工况均满足情况时比初始校核断面面积减少7.40%,不仅可以大大降低工程量,同时也缩短了工程的建设周期,节约工程投资。
【关键词】：碾压混凝土重力坝 温度场 温度应力 断面优化
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV642
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 选题的目的和意义10-11
• 1.2 国内、外研究进展11-17
• 1.2.1 碾压混凝土重力坝研究进展11-15
• 1.2.2 结构优化研究进展15-17
• 1.3 本文研究内容17
• 1.3.1 工程设计17
• 1.3.2 施工期温度场及温度应力场17
• 1.3.3 非溢流坝断面优化设计17
• 1.4 研究方法及技术路线17-21
• 1.4.1 工程设计技术路线17-18
• 1.4.2 施工期温度场及温度应力分析技术路线18-19
• 1.4.3 非溢流坝断面优化技术路线19-21
• 第二章 水文和地质21-28
• 2.1 水文21-23
• 2.1.1 流域概况21
• 2.1.2 水文基本资料21
• 2.1.3 径流21-22
• 2.1.4 洪水22
• 2.1.5 泥沙22
• 2.1.6 水位流量关系22-23
• 2.2 工程地质23-28
• 2.2.1 区域地质概况23-24
• 2.2.2 水库区工程地质条件24-25
• 2.2.3 坝址区工程地质条件25-27
• 2.2.4 结论27-28
• 第三章 工程任务及规模28-31
• 3.1 工程建设的必要性28
• 3.2 工程任务28
• 3.3 水能计算28-29
• 3.3.1 基本资料28
• 3.3.2 计算方法28-29
• 3.4 方案比选29
• 3.5 水库运行方式29-30
• 3.6 工程效益30-31
• 3.6.1 发电效益30
• 3.6.2 其它综合效益30-31
• 第四章 工程布置及主要建筑物31-53
• 4.1 工程设计标准31
• 4.1.1 工程等别和建筑物级别31
• 4.1.2 洪水设计标准及特征水位31
• 4.2 枢纽布置31-32
• 4.3 坝体主要建筑物设计32-46
• 4.3.1 上、下游Z-Q关系32-34
• 4.3.2 非溢流坝设计34-39
• 4.3.3 溢流坝设计39-45
• 4.3.4 冲沙泄洪孔设计45-46
• 4.4 施工过程中温度场与温度应力场46-53
• 4.4.1 工程参数46-48
• 4.4.2 计算模型48
• 4.4.3 施工过程温度场48-50
• 4.4.4 施工过程温度应力场50-53
• 第五章 基于ANSYS的非溢流坝基本断面优化53-59
• 5.1 基本参数53
• 5.2 数学模型53-55
• 5.2.1 设计变量53-54
• 5.2.2 约束条件54
• 5.2.3 目标函数54-55
• 5.3 优化过程55-57
• 5.3.1 有限元模型55
• 5.3.2 初始断面应力分析55-56
• 5.3.3 最优截面应力分析56-57
• 5.4 优化结果57-59
• 第六章 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-63
• 致谢63-64
• 作者简介64

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本文编号：964901