基于有限元和多元有理样条理论的面板坝测点优化布置研究

论文摘要

混凝土面板堆石坝(CFRD)近几十年来发展迅速,现已成为世界坝工界公认的一种比较经济适用的坝型。与常规心墙土石坝相比,它具有工程量小、安全性好、施工方便、工期短、造价低等优点。与国外相比,我国在混凝土面板堆石坝方面虽然起步较晚,但起点高、发展快。自1985年以来,我国已经修建了数量众多的混凝土面板堆石坝,其中坝高在100m以上的将近40座。混凝土面板堆石坝虽然安全性较好,但重要工程也需要布置比较完整的安全监测系统,以随时监测大坝的工作状态,保证大坝安全运行。 传统的混凝土面板堆石坝监测系统主要凭经验进行设计和布置,为保证监测系统的可靠性,一般选择在重点区域密集布置传感器测点。这种做法可能会造成局部区域测点的冗余度较大,监测系统不能充分利用,形成资源浪费;而在另外一些区域则可能测点分布太少,监测数据不能全面反映出坝体的工作状态,有可能形成大坝安全运行的隐患。本文尝试运用有限元分析方法,结合多元有理样条函数等数学理论方法,为混凝土面板堆石坝的传感器测点优化布置提供一种理论方法,并尝试在实际工程中运用。 本文提出的混凝土面板堆石坝传感器测点优化布置方法的主要工作步骤如下:首先运用有限元理论方法建立混凝土面板堆石坝的计算模型并进行计算分析,得到大坝模型的变形和应力应变计算资料;再运用多元有理样条函数理论编程实现对有限元计算结果数据的曲面参数化,进而能求出数据模拟曲面的各种数学特征量值;最后综合分析不同数据参数曲面的数学特征量值,考虑具体工程的特殊情况,尝试给出面板堆石坝混凝土面板上的传感器测点布置方案。本文最后一章选用国内有代表性的大型工程天生桥一级混凝土面板堆石坝,对这种传感器测点优化布置方法进行了尝试应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 存在问题
• 1.3 本文的主要工作
• 2 面板坝有限元计算方法及实例工程分析
• 2.1 堆石体的本构模型
• 2.1.1 非线性弹性模型
• 2.1.2 弹塑性模型
• 2.2 混凝土材料的线弹性本构模型
• 2.3 接触面研究
• 2.3.1 接触面模型简介
• 2.3.2 接触面单元
• 2.3.3 关于薄层单元厚度t的讨论
• 2.4 天生桥一级面板坝有限元静力分析
• 2.4.1 工程概况
• 2.4.2 大坝变形和应力应变分析
• 2.5 本章小结
• 3 多元有理样条函数优化方法及编程实现
• 3.1 多元样条函数的基本概念
• 3.2 多元有理样条函数剖分简介
• 3.3 曲面参数化的理论方法
• 3.4 生成曲面插指点的方法
• 3.4.1 参数化到正方形区域
• 3.4.2 插值点的选取
• 3.5 编程思路与实现
• 3.6 两个简单的算例
• 4 天生桥一级面板坝测点布置优化研究
• 4.1 面板坝监测设计综述
• 4.1.1 面板坝监测设计依据及原则
• 4.1.2 面板坝监测项目设置及监测方法
• 4.2 天生桥一级面板坝监测系统设计方案
• 4.2.1 变形监测
• 4.2.2 渗流监测
• 4.2.3 压力、应力和温度监测
• 4.3 混凝土面板的测点优化布置
• 4.3.1 面板挠度变形测点的优化布置
• 4.3.2 面板应力应变测点的优化布置
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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