变径渐开线双曲拱坝建模及有限元分析.pdf

摘要根据⑾、夕煌楹希⒑头治隽个拱冠梁模型,通过对模型应水电是我国资源最丰富的可再生能源,大约%%都集中在西部地区,而这些地区多高山峡谷,宜于修建拱坝。拱坝超载能力强,工程安全度高,所需建筑材料少,工程建设周期短,节省投资。目前,我国修建的拱坝坝型有圆弧拱坝、椭圆拱坝、抛物线拱坝、双曲线拱坝、对数螺线拱坝等。不同的地质条件适合不同的拱坝坝型,坝型的种类越多,工程设计时可选择的机会就越多。我国已公开向全球宣布了年非化石能源占一次性能源的%左右,因此在水电开发任务依然繁重的今天,对新型拱坝的研究仍然十分必要。基于此,本文作者将渐开线引入到拱坝坝型设计中,并对其展开了分析研究。本文主要进行了以下工作:首先介绍了有限元法和砑癆V氐憬樯芰嗽诒疚闹幸S玫降有关单元类型。叙述了拱坝有限元计算原理。列举了有限元应用于拱坝的优点,并对有限元计算原理进行了阐述。力出现的位雹和大小的分析,得出了:当夕⑾固定,最大拉应力和最大压应力随着倒悬脑黾佣黾樱坏盨、夕潭ǎ畲笱褂αλ孀疟莑增大呈减小趋势的规律。建立了渐开线拱坝数学模型,推导了拱圈上游曲线中心角及弧长积分公式、拱圈面积计算公式和拱坝体积求解公式,编制了镅猿绦颍迪至硕怨浇峁的自动求解,经过分析比较它们的中心角、弧长、拱圈面积、拱坝体积后发现:渐开线起始端参数固定时,基圆半径、拱圈上游曲线弧长及曲线弧长曲率半径随着高程的增加而增加;当起始端参数增大时,拱坝的体积和中心角也在增大。得出,要减小拱坝混凝土浇筑方量,参数的选取值要尽量小的结论。建立了多个渐开线拱坝三维模型,在自重舷掠嗡沽泥沙压力律た下,对渐开线拱坝系列三维模型进行了位移和应力计算,并对计算结果进行了分析。顺河方向的最大位移都发生在渐开线拱坝坝顶的拱冠梁附近,最大位移都在左右。得出了,大坝第一主应力大部分为压应力,这主要是上游水压力和泥沙压力作用的结果。各个模型都出现了应力集中的现象,都发生在坝踵的位置,应力值较大,分析了出现这一现象的原因和解决办法。拱坝应力集中与的关系是一条类似抛物线的曲线。定性地得出了拱坝最大应力随渐开线起始端参数变化规律和变化趋势。关键词:变径渐开线拱坝拱冠梁三维建模
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不同的分类原则进行分类。若按照厚高比:」鞍樱..。在水平面上,拱坝是向上游呈凸形的拱形。在拱冠梁剖面上,拱坝呈垂直的或者向上游凸起的曲线。拱坝可以按照中厚拱坝,。按照坝高度来分:大于奈8甙樱~奈V邪樱∮的为低坝。按照拱圈线型分类:可分为单圆心拱坝、双圆心拱坝、三圆心拱坝、抛物线拱坝、对数螺线拱坝以及椭圆拱坝。按照坝面曲率分类:若在各悬臂梁的上游面呈铅直,在水平面上有曲率的拱坝为单曲拱坝;在水平和竖直方向上都有曲率的拱坝为双曲拱坝【¨。拱坝的结构既有梁的作用又有拱的作用,其承受的上游荷载分两部分,一部分通过拱的作用压向两岸,另外一部分通过梁的作用传向地基。拱坝属于超载能力强、安全度高、与周边固结的高次静定结构。当外荷载增大或坝局部某一部位发生断裂或者开裂时,坝体的拱梁作用将会自动调整,使坝体的应力重新分布,不至于丧失其全部承载能力,避免了溃坝带来的严重后果。年月,意大利的瓦伊昂拱坝,由于上游发生严重滑坡,产生的涌浪超过左岸坝顶,超过右岸坝顶,经济损失惨重,该大坝随因淤积而报废,但大坝除了左岸坝顶略有损坏外,坝身完整,可见拱坝的超载能力是非常强的8莨谕舛怨鞍幽P偷研究试验数据表明,拱坝具有设计荷载的兜某啬芰Α9鞍拥目拐鹗怯一重大安全性问题,我国及世界上很多专家致力于拱坝的抗震研究,提出了拱坝抗震的重要理论并采取了实际措施,使得拱坝有较好的抗震性能。拱坝在承受轴向压力时,拱内弯矩较小,应力分布均匀,混凝土或者砌石材料抗压强度就能充分发挥回来,有利于节省工程量。在坝址相同的情况下,拱坝的体积比同高度的重力坝大约节省/幕炷粒胫亓Π酉啾冉希鞍庸程造价较少,是一种经济的坝型。但是,拱坝的经济性与地质条件以及河谷宽窄在内的许多因素有关,如河谷宽高比在大于时,拱坝的经济性会降低,所以在建坝时要根据具体情况决定。第一章绪论三:百了匕
⒄拱坝对拱坝大体积混凝土温度控制作了系统研究,其水管冷却方法沿用至今。在曲拱坝——马立奇拱坝。世纪年代坝工界开始拱圈线形的探索研究,拱坝——莱图莱斯拱坝建成。⒄拱坝发展与研究的历史悠久。生活在公元前兰椭凉世纪的古罗马时期的人们就意识到拱有相对较强的承载能力。因此,他们修建了大量的弧形桥梁和建筑。早期的拱坝研究没有