拱坝结构设计应力控制标准研究

摘要

拱坝结构设计应力控制标准的研究是拱坝设计领域一个复杂而又重要的课题，应力控制标准的合理性将直接关系着拱坝的经济性和安全性。当前，在拱坝结构设计中主要的应力分析方法有拱梁分载法和有限单元法。相对于拱梁分载法，有限单元法拥有较强的适用性，能够解决许多拱梁分载法不能解决的复杂问题。但其计算结果受计算网格影响较大，同时在建基面附近易出现应力集中，给有限元应力控制标准的制定带来困难。为解决上述提到的问题，现行拱坝设计规范采用的方法是有限元等效应力法，并制定了相应的应力设计标准。但有限元等效应力法中关于应力分量的线性化假定与拱坝真实的应力分布规律不相符合。本文在分析拱、梁向应力分布规律的基础上，提出了拱坝有限元三次等效应力法。并依托小湾、二滩、杨房沟、周公宅四座拱坝工程，开展三次等效应力控制标准的研究，并给出相应的应力控制指标的建议值。主要研究内容如下:
　　(1)总结了关于国内外拱坝主要的应力分析方法及其相应的应力控制标准的基本内容和进展，分析比较不同应力分析的优缺点及其应力控制指标的制定方式，为三次等效应力法的应力控制指标的提出作铺垫。
　　(2)介绍了拱坝有限元分析的基本理论，着重讲述了有限元分析过程。在此基础上，简要概况了ANSYS的有限元求解。
　　(3)分析了拱坝梁、拱应力分布规律，基于最小二乘法拟合多项式提出拱坝有限元三次等效应力分析方法及其计算步骤。结合小湾拱坝工程，研究了三次等效应力对有限元模型网格的敏感性，结果显示三次等效应力法可消除网格效应影响。
　　(4)利用ANSYS软件对四座拱坝建立有限元分析模型并进行基本荷载组合下的三维线弹性有限元分析，并分别计算了有限元三次等效应力和设计规范中的有限元等效应力。通过分析对比两种等效应力的最大拉压应力，提出了有限元三次等效应力设计标准的确定方法，并结合DL/T5346-2006规范和SL282-2003规范给出了相应的控制指标。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 拱坝结构特点和发展概述

1．2．1 拱坝的结构特点

1．2．2 拱坝的发展概况

1．3 拱坝应力分析方法概述

1．3．1 结构力学法

1．3．2 有限单元法

1．3．3 结构模型试验法

1．4 拱坝应力控制标准研究现状

1．4．1 拱梁分载法应力控制指标

1．4．3 动力荷载下应力控制指标

1．4．4 各国拱坝设计应力控制指标

1．5 问题的提出及本文的主要研究工作

1．5．1 问题提出

1．5．2 本文主要工作

2．1 引言

2．2．2 单元分析

2．2．3 结构整体分析及有限元方程推导

2．3 ANSYS有限元求解概述

2．3．1 ANSYS软件简介

2．3．2 ANSYS的基本组成

2．3．3 ANSYS的参数化设计语言

2．3．4 本文所采用的ANSYS单元

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 水荷载作用下拱坝拱、梁向应力分布规律研究

3．2．1 最小二乘法多项式拟合方法

3．2．2 水荷载作用下梁向应力分布研究

3．2．3 水荷载作用下拱向应力分布研究

3．3 拱坝三次等效应力计算方法及敏感性分析

3．3．1 计算方法与步骤

3．3．2 网格剖分对三次等效应力的影响

3．4 本章小结

第四章 拱坝三次等效应力分析与设计标准研究

4．1 小湾拱坝三次等效应力分析

4．1．1 工程概况

4．1．2 基本资料

4．1．3 计算模型与工况

4．1．4 计算结果分析

4．2 二滩拱坝三次等效应力分析

4．2．1 工程概况

4．2．2 基本资料

4．2．3 计算模型与工况

4．2．4 计算结果分析

4．3 杨房沟拱坝三次等效应力分析

4．3．1 工程概况

4．3．2 基本资料

4．3．3 计算模型与工况

4．3．4 计算结果分析

4．4 周公宅拱坝三次等效应力分析

4．4．1 工程概况

4．4．2 基本资料

4．4．3 计算模型与工况

4．4．4 计算结果分析

4．5 三次等效应力设计标准探讨

4．5．1 有限元等效应力控制标准

4．5．2 三次等效应力法控制标准

4．6 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

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