基于有限元的响应面法在重力坝可靠性分析中的应用

论文摘要

重力坝是水利水电工程中的重要建筑物,保证重力坝的在各种环境下的安全运行及其功能的正常发挥,不仅对工程本身,乃至对当地社会经济的发展都将起到重要的作用。重力坝其强度和稳定性问题是设计、施工和维护过程中需重点考虑的问题。结构可靠度理论主要用来研究结构中存在的不确定性等因素对结构正常发挥其功能的影响问题。重力坝的可靠度分析研究,对于重力坝的设计、施工和运行管理有着重要的意义,透彻的研究对保证结构设计经济、合理和安全运行具有重要意义。本文采用随机有限元法对重力坝进行可靠性分析,主要做了以下工作：1)利用ANSYS参数化设计语言APDL对重力坝建立三维有限元模型,形成一个包含完整仿真循环过程的分析文件。在ANSYS环境中执行分析文件包含的命令流,并进行初始化概率设计,建立概率设计的有限元分析数据库。2)应用蒙特卡洛数值模拟法考虑荷载的变异性,对重力坝二维平面问题进行了强度可靠度计算。3)应用响应面法,考虑材料参数和荷载的变异性,对重力坝三维有限元模型进行了强度和稳定的可靠性研究。并讨论了上游水位、抗滑凝聚力、抗滑摩擦系数、扬压力等作为随机变量时,其变异性对抗滑可靠指标的影响。4)对随机输出变量与随机输入变量的相关性进行了研究。5)考虑四参数混凝土破坏模型对重力坝强度可靠度进行了研究,并对各随机参数的灵敏度进行了计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 大坝安全性能评估方法
• 1.1.2 各种分析方法的优缺点及局限性
• 1.2 随机有限元法及结构可靠度分析的研究概况
• 1.2.1 随机有限元法研究概况
• 1.2.2 结构可靠性理论研究概况
• 1.2.3 结构可靠性分析方法在大坝的应用
• 1.3 本文目的及内容
• 第二章 结构可靠性分析的常规方法
• 2.1 结构可靠性的有关概念
• 2.2 结构可靠性分析的基本公式
• 2.2.1 结构功能函数
• 2.2.2 结构可靠度的普遍表达式
• 2.3 结构可靠性分析的常规方法（一次二阶矩法）
• 2.3.1 均值一次二阶矩法
• 2.3.2 改进的一次二阶矩法
• 第三章 基于随机有限元的可靠度数值模拟计算方法
• 3.1 数值模拟法的基本原理
• 3.2 蒙特卡罗随机有限元法
• 3.2.1 直接Monte Carlo法
• 3.2.2 拉丁超立方抽样法
• 3.3 响应面法
• 3.3.1 响应面法的基本原理
• 3.3.2 结构可靠度响应面法模拟的基本原理
• 3.3.3 结构可靠度响应面法模拟的设计抽样
• 3.3.4 结构可靠度响应面法模拟的计算步骤
• 3.4 混合模拟法（Hybrid Simulation Method,HSM）的基本原理
• 3.5 结构可靠度对随机变量的敏感性分析
• 3.5.1 计算方法概述
• 3.5.2 分布参数的敏感性
• 3.5.3 极限状态方程参数的敏感性
• 第四章 结构可靠度失效模式分析
• 4.1 混凝土的破坏模型
• 4.1.1 空间应力状态的表述
• 4.1.2 古典强度理论
• 4.1.3 多参数混凝土破坏模型
• 4.2 重力坝可靠度失效的判定标准
• 4.2.1 强度可靠度失效的判定
• 4.2.2 稳定可靠度失效的判定
• 4.2.3 利用四参数模型计算强度可靠度失效的判定
• 4.3 基于随机有限元的结构体系可靠度
• 4.3.1 结构的最大可能失效模式
• 4.3.2 结构的主要失效模式及失效模式间的相关性
• 第五章 重力坝筑坝材料及作用荷载的参数统计
• 5.1 工程概况
• 5.2 参数统计方法
• 5.2.1 统计假设检验的思想
• 5.2.2 统计假设检验的一般方法
• 5.3 统计假设检验的缺点
• 5.3.1 第一类错误
• 5.3.2 第二类错误
• 5.4 参数的确定
• 5.4.1 上游水深的确定
• 5.4.2 坝前淤沙高度的确定
• 5.4.3 扬压力折减系数的确定
• 5.4.4 各筑坝材料性能参数的确定
• 5.4.5 坝基与坝体接触面之间的力学参数的确定
• 第六章 重力坝随机有限元可靠性分析
• 6.1 计算有限元模型
• 6.2 重力坝强度可靠性分析
• 6.2.1 重力坝Monte Carlo法强度可靠性计算
• 6.2.2 重力坝响应面法强度可靠性计算
• 6.3 重力坝响应面法稳定可靠性分析
• 6.4 利用四参数混凝土破坏模型分析混凝土重力坝可靠度
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要研究成果和结论
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C