溪洛渡高拱坝孔口配筋设计研究

论文摘要

溪洛渡电站装机1260万千瓦，相当于4个二滩电站，其工程综合技术难度位居世界前列。电站的主体枢纽建筑——双曲薄拱坝坝高278米，远远超过现行拱坝规范控制的200米，建成后将是世界上较高的拱坝之一。大坝在12至19坝段布置7个表孔和8个深孔，并在两个高程上布置了10个导流底孔。为了保证这些孔口较好的完成预定功能，需在孔口周围混凝土内配置适当钢筋以限制可能裂缝的扩展。此外，为了防止深孔闸墩部位的裂缝发生，设计采用对闸墩施加曲线形预应力锚索以消除或减小拉应力。 本文主要研究该高拱坝在不同工况荷载作用下三种孔口的配筋用量和配筋形式，分析论证设计提出的预应力锚索布置方式及设计参数的合理性。 论文采用水工混凝土结构设计规范（DL／T5057-1996）规定的拉应力图形配筋法进行配筋设计。为了获得每个孔口附近较为精确的应力结果，提出了首先进行总体网格局部加密分析，在此基础上将局部孔口取出进行精细加密后再分析的二次分析方法，导出了局部分析时基于第一次分析结果的应力或位移边界条件，并通过计算结果论证了两种边界条件的一致性。运用该方法研究某类型孔口时，其他类型孔口作简化处理以便在第一次分析时能对所要关心的孔口在满足计算机内存要求的前提下尽量采用较密的网格。为此采用了三套总体网格，每套网格分析了四种荷载组合工况，根据计算分析结果从主拉应力分布图上确定出主拉应力比较大的典型孔口，取出对其进行局部加密再分析，并根据分析结果截取若干个典型截面计算单位宽度上的拉力进而确定单位宽度上的钢筋用量。 提出了合理模拟曲线形预应力锚索作用力效应的简化分析方法。该方法首先将预应力锚索离散成若干个点，计算作用在相应混凝土上各点的力，然后通过迭代计算寻找这些点在坝体网格中所属单元和相应的局部坐标，进而可得到作用在坝体节点上的集中作用荷载。 论文研究成果已被设计单位采纳，同时对类似高拱坝的孔口配筋设计亦具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外孔口配筋设计研究现状
• 1.2.1 非杆系钢筋混凝土结构分析研究进展
• 1.2.2 非杆系混凝土结构配筋设计规范推荐方法及存在问题
• 1.2.3 非杆系钢筋混凝土孔口配筋设计研究现状
• 1.2.4 高拱坝孔口配筋设计研究进展
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 空间线弹性有限元基本原理
• 2.1 空间线弹性有限元的数学分析
• 2.1.1 等参单元的位移模式及形函数
• 2.1.2 等参单元雅可比（Jacobi）矩阵及其逆矩阵
• 2.2 有限单元法的力学分析
• 2.2.1 单元的应变、应力矩阵
• 2.2.2 单元劲度矩阵和平衡方程
• 2.2.3 单元的荷载列阵
• 2.2.4 高斯求积法
• 2.3 位移有限元的应力计算
• 2.3.1 空间等参单元的最佳应力点
• 2.3.2 应力的坐标变换
• 2.4 小结
• 第三章 考虑预应力锚索作用的局部应力分析方法
• 3.1 引言
• 3.2 局部加密方法的实现
• 3.3 局部非协调网格的协调位移解法基本原理
• 3.3.1 基本原理
• 3.3.2 插值点和插值系数的求解
• 3.4 应力边界解法
• 3.4.1 有限元内力法基本原理
• 3.4.2 应力边界解法
• 3.5 位移边界解法与应力边界解法的比较
• 3.5.1 应力边界解法求解
• 3.5.2 位移边界解法求解
• 3.5.3 结果比较
• 3.6 温度荷载对配筋的影响
• 3.7 考虑预应力锚索作用效应的分析方法
• 3.7.1 概述
• 3.7.2 预应力锚索设计
• 3.7.3 处理思路
• 3.8 小结
• 第四章 溪洛渡拱坝孔口配筋设计研究
• 4.1 概述
• 4.1.1 表孔布置
• 4.1.2 深孔布置
• 4.1.3 导流底孔布置
• 4.2 孔口结构配筋设计研究方法和内容
• 4.2.1 研究方法
• 4.2.2 研究内容
• 4.3 计算成果分析
• 4.3.1 基本分析资料
• 4.3.2 计算模型
• 4.3.3 模型整体分析计算结果
• 4.3.4 典型孔体模型局部加密计算结果
• 4.3.5 按应力图形配筋设计
• 4.3.6 预应力锚索设计
• 4.4 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢