高拱坝结构稳定转异和体形优化分析理论和方法

论文题目: 高拱坝结构稳定转异和体形优化分析理论和方法

论文类型: 博士论文

论文专业: 水工结构工程

作者: 丁晓唐

导师: 吴中如

关键词: 高拱坝,稳定转异,突变,体形优化,应力控制指标,柔度系数,厚高比,拱梁分载法

文献来源: 河海大学

发表年度: 2005

论文摘要: 拱坝结构稳定是坝体、岩体及其交界面三者的整体稳定,内容包括拱座稳定、上滑稳定和坝体结构稳定等,是拱坝设计与研究的重要课题之一。由于我国高拱坝建设的兴起,以及拱坝体形优化设计使坝体的厚度更薄,拱坝部分区域已接近薄壳结构,可能导致坝体结构失稳的发生。以往坝工界对坝体应力研究较多,对拱座稳定和上滑失稳研究也较多,而对坝体结构稳定则少有研究。围绕目前高拱坝建设中的热点和重点问题,结合973计划课题:多因素相互作用下地质工程系统的整体稳定性研究(编号 2002CB412707),重点研究高拱坝的稳定转异以及体形优化,现将主要内容归纳如下: 本文提出基于拱梁分载法的拱坝稳定分析方法,即在拱梁分载法的基础上,分别分析拱圈和悬臂梁的稳定,建立相应的稳定计算公式,统一坝体结构稳定和应力计算方法。利用该法研究表明:坝体结构失稳的控制拱圈一般在拱顶,悬臂梁的稳定性高于水平拱圈。 在对国内外众多高薄拱坝的几何参数进行统计分析基础上,建立空间稳定分析的典型拱坝数值分析模型,分析讨论了几何特征、受力状况和边界条件等因素对拱坝坝体稳定的影响规律。采用柔度系数反映拱坝柔度,通过对拱坝坝体稳定的有限元数值计算,研究拱坝坝体稳定与强度的关系,定义发生强度和失稳破坏的界限柔度为“界限柔度系数”,作为厚薄拱坝新的划分标准。柔度系数大于“界限柔度系数”,拱坝破坏可能带有失稳性质,属薄拱坝范围;柔度系数小于“界限柔度系数”,拱坝将发生强度破坏,属厚拱坝范围。较之以厚高比定义厚薄拱坝,以是发生强度破坏还是发生失稳破坏来定义厚薄拱坝有着明确的力学概念。对于300m级别的高拱坝,当柔度系数大于“界限柔度系数”时,可能先发生坝体结构失稳,把其应力控制标准做一定的修正,考虑坝体结构失稳对应力控制指标降低的作用。 本文将突变理论应用在坝体结构失稳研究上,以尖拐型突变模型为例,根据典型拱坝坝体稳定有限元计算结果进行拟合,判别拱坝坝体的稳定性。结果表明:突变理论的稳定性判别与有限元稳定计算结果是吻合的。 本文采用结构优化理论,对拱坝主要体形参数柔度系数和厚高比进行了优化分析,提出在坝体稳定约束条件下的最小厚高比和最大柔度系数,为拱坝设计和研究提供参考。体形优化结果表明:最大柔度系数很少的减小或最小厚高比很小的增加,即坝体刚度较小的提高,将使拱坝的稳定安全度获得大大的提高。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 高拱坝研究现状综述

1.2 拱坝结构失稳

1.3 本文研究路线及内容

1.4 本文创新点

第二章 拱坝结构稳定及其分析理论和方法

2.1 拱坝失事(失稳)实例的评述

2.2 拱坝失稳的模式

2.3 拱坝失稳的机制

2.4 壳体理论解析分析

2.5 基于拱梁分载法的拱坝稳定分析

2.6 有限元数值分析法

2.7 本章小结

第三章 拱坝的稳定转异研究

3.1 典型拱坝数值分析模型

3.2 拱坝的超载分析及有限元破坏判据

3.3 影响拱坝坝体稳定的因素

3.4 临界应力计算方法

3.5 拱坝的稳定转异分析

3.6 拱坝稳定转异对应力控制指标的修正

3.7 工程示例

3.8 本章小结

第四章 应用突变理论分析拱坝坝体稳定性

4.1 突变理论的数学基础

4.2 初等突变的种类和几何形状

4.3 突变理论在坝体稳定中应用

4.4 本章小结

第五章 拱坝坝体稳定约束下的体形优化

5.1 结构优化的数学模型及方法

5.2 坝体稳定约束条件下的拱坝体型优化

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录

A 攻读博士学位期间撰写与发表的论文

B 攻读博士学位期间参加的主要科研项目

发布时间: 2006-01-16

参考文献

• [1].高拱坝仓面浇筑虚拟原型分析模型研究[D]. 胡超.武汉大学2015
• [2].锦屏高拱坝施工期性态分析及整体安全度研究[D]. 韩晓凤.广西大学2003
• [3].基于有限单元法的高拱坝优化设计方法体系的研究与应用[D]. 苏超.河海大学2005
• [4].高拱坝及其附属结构体系静动力分析与模拟[D]. 王春涛.天津大学2004
• [5].高拱坝真实工作性态影响因素研究[D]. 刘毅.中国水利水电科学研究院2007
• [6].高拱坝施工进度自适应仿真与实时控制理论及应用[D]. 关涛.天津大学2016
• [7].高拱坝施工实时控制理论与关键技术研究[D]. 任炳昱.天津大学2010
• [8].高拱坝关键区域局部破损分析[D]. 常强.清华大学2015
• [9].特高拱坝建基面嵌深优化设计分析与评价[D]. 王仁坤.清华大学2007
• [10].变形加固理论及其在高拱坝工程中的应用[D]. 陈英儒.清华大学2008

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• [3].高坝坝体与复杂坝基互馈的力学行为及其分析理论[D]. 向衍.河海大学2004
• [4].地质缺陷对混凝土坝结构性态演变和转异的影响研究[D]. 赖道平.河海大学2005
• [5].混凝土拱坝的强度计算与极限荷载分析[D]. 钱向东.河海大学2005
• [6].拱坝优化的整体连续性模型[D]. 金海.大连理工大学2004
• [7].拱坝开裂分析及拉应力控制方法研究[D]. 韦未.河海大学2005
• [8].考虑坝体—库水—地基相互作用的有横缝拱坝地震响应分析[D]. 赵兰浩.河海大学2006

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