碾压混凝土重力坝三维非线性静动力分析

摘要

重力坝是我国大坝建设中的主要坝型,具有安全可靠、对岩基要求不高、施工技术简单等显著优点,在国内外被广泛采用。近些年来碾压混凝土重力坝因其施工速度快、造价低等特点受到了越来越多的采用。在重力坝设计中坝体的应力分析是重要的组成部分,而传统的计算方法适应性差,己不能满足设计需要。随着有限元理论的完善和仿真软件的不断发展,采用有限元程序对重力坝进行仿真模拟具有重要的工程意义和实用价值。
　　 本文以某水电站的碾压混凝土重力坝为工程依托,利用有限元分析程序建立挡水坝段及坝体连接段的三维有限元实体模型,并对坝体结构仿真模型进行线性和非线性有限元静动力分析。主要研究内容包括：⑴参考国内外相关文献,综述了碾压混凝土重力坝的发展状况,介绍有限元静动力的发展历史和基本原理以及非线性有限元的基本原理。⑵利用ABAQUS软件对挡水坝段在施加初始地应力与不施加初始地应力两种情况下的位移和应力进行比较。⑶利用ABAQUS软件,依据某水电站设计参数,对挡水坝段及坝体连接段建立三维有限元实体模型,计算在不同工况下挡水坝段及坝体连接段的应力和位移等工作性态,并研究坝踵区的竖向拉应力和坝趾区的压应力。⑷对挡水坝段和连接坝段进行模态分析,研究其自振频率及结构振型,并比较考虑附加质量和不考虑附加质量的计算结果;在模态分析的基础上,对结构进行地震反应谱分析,研究挡水坝段和连接段的动应力数值;对正常蓄水位组合工况与地震工况进行叠加分析,研究其结构各部位的位移和应力等工作性态。⑸对挡水坝段和连接坝段进行时程分析,研究其结构各部位的位移和应力等工作性态。并比较反应谱和时程分析结果,分析两种方法的优缺点。为坝体的抗震设计提供了参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 碾压混凝土重力坝研究现状

1.2.1 国内外碾压混凝土重力坝发展概况

1.2.2 混凝土重力坝应力分析方法

1.3 动力分析法

1.3.1 弹性静力法

1.3.2 反应谱分析法

1.3.3 时程分析法

1.4 论文的主要研究内容

第2章 重力坝静动力分析的有限元理论

2.1 有限元基本原理

2.2 非线性有限元法的基本原理

2.3 混凝土重力坝的抗震理论和计算方法

2.3.1 振型叠加法

2.3.2 直接积分法

2.4 混凝土重力坝的有限元分析原则

2.5 本章小结

第3章 坝体三维有限元模型的建立

3.1 项目的工程概况

3.2 坝体三维有限元模型的建立

3.2.1 坝体几何模型

3.2.2 计算分析方法

3.3 计算参数的选取及计算工况

3.3.1 计算参数

3.2.2 计算条件及工况

3.4 作用荷载

3.5 附加质量法

3.5.1 附加质量法概述

3.5.2 附加质量的分布及计算

3.6 用户子程序

3.6.1 用户单元的基本功能

3.6.2 用户单元的定义

3.6.3 用户单元的调用

3.7 本章小结

第4章 三维静力分析

4.1 地应力平衡

4.1.1 初始地应力平衡前后的应力比较

4.1.2 初始地应力平衡前后的位移比较

4.2 正常蓄水位基本组合计算工况下线性和非线性应力分析

4.2.1 坝体位移计算结果与分析

4.2.2 坝体应力计算结果与分析

4.3 设计洪水位组合计算工况下静力线性和非线性应力分析

4.3.1 坝体位移计算结果与分析

4.3.2 坝体应力计算结果与分析

4.4 校核洪水位组合计算工况下静力线性和非线性应力分析

4.4.1 坝体位移计算结果与分析

4.4.2 坝体应力计算结果与分析

4.5 坝踵、坝址应力分析

4.5.1 坝踵竖向应力分析

4.5.2 坝趾竖向应力分析

4.6 本章小结

第5章 动力分析

5.1 计算模型与计算资料

5.1.1 挡水坝段及坝体连接段计算模型

5.1.2 计算资料

5.2 反应谱分析法动力计算

5.2.1 自振分析

5.2.2 结构动力计算结果与分析

5.3 静力基本组合与地震动力叠加计算分析

5.3.1 位移组合分析

5.3.2 应力组合分析

5.4 时程分析法

5.4.1 地震波模型的选取

5.4.2 计算模型及荷载

5.4.3 结构位移响应分析

5.4.4 坝体结构应力分析

5.5 时程分析结果与反应谱分析结果比较

5.6 本章结论

结论与展望

1 总结

2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文