导流泄洪底洞进口段抗震及优化分析

论文摘要

下坂地水利枢纽工程是以生态补水和春旱供水为主,同时结合发电的大型水利工程,是塔里木河综合治理规划中唯一的山区水利枢纽工程。导流泄洪洞作为水库的导流泄洪建筑,一旦崩溃将使急浪涌波一泄千里,其抗震性能关系到人民生命财产的安全,因此必须研究其稳定性,以保证其有足够的抗震能力。本文参阅国内外有关水工结构抗震的文献资料,建立导流泄洪洞稳定安全计算的理论基础,包括地震反应分析方法、地震波的选取和输入、积分步长和阻尼以及边界条件的处理等问题。由于导流泄洪洞周围地质结构复杂,特别是进口段下部淤泥层较厚,须靠桩柱支撑。为了给结构安全稳定提供正确的计算结果,本文采用有限元方法。桩柱采用2节点线单元模拟,其余岩体采用8节点实体单元模拟,建立了三维有限元模型,在建模过程中使用VADD、VGLUE、VSBV、VSBW等方法来简化建模过程,提高建模效率。首先用拟静力方法进行计算,得到了结构的应力场和位移场。计算结果表明,在导流泄洪洞进口段拉应力和位移最大,为结构的危险部位,其中最大拉应力接近C25混凝土的极限抗拉强度,但仍在结构允许的范围内,因此结构是安全的。其次,采用谱分析方法和时程分析法对结构进行了动力分析,得到了结构应力和位移随时间变化的规律。计算结果表明最大拉应力超过C25混凝土的极限抗拉强度,但小于C40混凝土的抗拉强度,建议局部采用高标号的混凝土。第三,通过拟静力、动力分析可知,抗震缝和桩基础的设置对进口段应力影响较大,本文采用APDL用户可编程工具,对抗震缝和桩基础的设置进行优化,给出了合理的设计值,为工程设计提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 工程结构抗震研究的意义和现状
• 1.2 工程概述
• 1.2.1 工程地质条件
• 1.2.2 地震烈度
• 1.2.3 导流泄洪底洞的设计
• 1.3 本文的工作
• 2 导流泄洪洞抗震计算分析方法
• 2.1 拟静力分析
• 2.2 谱分析方法
• 2.2.1 谱分析的基本原理
• 2.2.2 反应谱的地震力计算
• 2.3 时程分析法
• 3 有限元实现导流泄洪洞抗震分析
• 3.1 有限元建模
• 3.1.1 建模方法
• 3.1.2 本工程模型特点
• 3.2 网格划分
• 3.3 有限元分析及结果
• 3.3.1 拟静力分析
• 3.3.2 谱分析
• 3.3.3 时程分析
• 4 结构优化
• 4.1 结构优化概述
• 4.1.1 基本概念
• 4.1.2 传统结构设计与结构优化设计的比较
• 4.1.3 结构优化的数学模型
• 4.1.4 优化设计中采用的方法
• 4.2 基于ANSYS 参数化设计语言APDL 的结构优化设计原理
• 4.2.1 基于 APDL 的优化设计原理和优化设计过程
• 4.2.2 建立导流泄洪洞结构参数化有限元模型
• 4.2.3 建立结构优化设计模型
• 4.3 优化设计结果
• 5 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文