某重力坝泄洪底孔应力变形三维有限元分析

论文摘要

通过坝身孔口泄洪,是混凝土坝广泛采用和较为经济的泄洪方式。但坝身开孔后削弱了该部位结构的整体性,孔口周围易产生不利的应力集中或较高的拉应力,在孔口角缘处,易产生裂缝。因此对泄洪孔道结构安全问题的复核和研究已越来越重要。本文对重力坝应力变形计算的主要方法进行调研和分析对比,采用有限元方法,结合某水电站重力坝,利用大型通用有限元软件ANSYS,对泄洪底孔坝段建立了三维有限元模型,完成了应力变形计算分析。分别对6种工况下泄洪底孔坝段、弧门支承梁、泄洪闸边墩、泄洪孔底板及侧壁、地基基岩部分不同剖面上的应力变形分布状况进行了对比分析,为评价泄洪底孔的结构适应性和设计方案的合理性、安全可靠性提供了理论依据。通过计算分析得知,坝段大体积混凝土块的总体变形和拉应力都不是很大,且最大拉应力出现的范围较小,应力和变形均满足规范要求；由于弧门大梁受较大集中荷载,与闸墩交接处的应力和变形都较大,除交接处外,闸墩的其它各部位的应力值较小,应该在闸墩与弧门大梁交接的部位加强钢筋配置。泄洪闸底部楔形体应力较大区域主要集中在坝轴线下10m-14m的楔形块靠近基岩部位,由于这部位的形状突变,造成应力集中,因此应该在基岩开挖时尽量做到平整,避免扭面的发生。如果出现纽面,应在扭面处加强钢筋的配置。通过以上分析表明,对泄洪底孔坝段应力变形的三维有限元计算结果符合一般规律,可供工程建设采用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 重力坝的发展概况及其特点
• 1.1.1 重力坝的发展概况
• 1.1.2 重力坝的主要特点
• 1.1.3 重力坝泄洪方式
• 1.2 重力坝的应力分析方法
• 1.2.1 应力分析方法简介
• 1.2.2 有限元计算方法
• 1.3 本文研究的内容
• 2 有限元分析的基本原理
• 2.1 三维有限元分析的基本原理
• 2.1.1 网格划分
• 2.1.2 单元分析
• 2.2 混凝土应力变形的有限单元法
• 3 基于ANSYS软件的混凝土应力变形的有限元计算
• 3.1 ANSYS软件介绍
• 3.1.1 ANSYS的发展
• 3.1.2 ANSYS软件简介
• 3.1.3 ANSYS的特点
• 3.2 ANSYS在水利工程中的应用
• 3.3 单元简介
• 3.3.1 SOLID65单元
• 3.3.2 SOLID 45单元
• 3.3.3 CONTACT175和TARGET170单元
• 3.3.4 Beam4单元
• 3.3.5 SHELL93单元
• 4 工程算例
• 4.1 工程概况
• 4.2 基本资料
• 4.2.1 特征水位
• 4.2.2 基岩力学参数
• 4.2.3 混凝土力学参数
• 4.2.4 钢筋力学参数
• 4.2.5 泥沙淤积资料
• 4.2.6 地震
• 4.2.7 荷载组合及计算工况
• 4.3 泄洪底孔三维有限元分析
• 4.3.1 计算模型
• 4.3.2 应力变形计算结果
• 4.3.3 泄洪底孔坝段应力变形分析
• 4.3.4 弧门支承梁应力分析
• 4.3.5 泄洪闸边墩应力分析
• 4.3.6 泄洪孔底板及侧壁应力分析
• 4.3.7 基岩应力分析
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献