混凝土重力坝静动力分析及抗震性能研究

摘要

在查阅国内外大量相关文献的基础上，结合黄河上游段某水电站工程实例，采用理论分析与数值模拟相结合，以分析为主的技术线路，研究了该电站厂房坝段及挡水坝段的静力工作受力状态和地震动荷载作用下的工作受力状态。主要研究成果为：
　　1.研究了坝体厂房坝段在不同工况和荷载组合条件下的整体受力状态，运用基础力学公式结合ANSYS数值模拟分析了坝体的基础应力与抗滑、抗浮稳定安全系数。计算显示：坝体的最大基础压应力σmax在地震（不计扬压力）时出现，数值为0.936MPa；坝体的最大拉应力σ'max在机组检修（计入扬压力）时出现，数值为0.579MPa，且均小于基础的允许应力。扬压力的影响力大小在0.2—0.366MPa之间。抗滑、抗浮稳定安全系数在各工况下均大于规范要求的最小安全系数值。
　　2.为了能清楚叙述厂坝应力位移分布情况，把整个结构分成EL1751.0m梁板、泄洪闸边墩、泄洪闸底板、发电流道（包括流道内表面、管形座、进出水口顶底板等）、地基接触面等5大部分。对各部分在不同工况下的应力位移情况进行了较为详细的描述和分析讨论以及地震惯性力对厂坝结构应力的影响。在动静力组合作用下，EL1751m梁板的应力主要受其上面的活荷载所控制，最大正应力σz=2.52MPa；泄洪闸边墩的最大竖向拉应力σy=0.59MPa，整个边墩处于偏心受压状态；泄洪闸底板应力主要受泄洪水压力的影响，在泄洪时，底板可产生1.30MPa的拉应力；发电机流道应力受内水压力和水机荷载控制，Y方向最大拉应力达4.90MPa。各种工况下，最大拉应力均位于管形座与顶底板的交接处附近；地基接触面上应力基本为压应力，拉应力分布的区域很小。
　　3.通过数据分析，根据应力配筋计算并结合最小配筋率给出了相应各部位的结构配筋建议，地基接触面河床深槽下游端的拉应力问题可以通过深槽的混凝土置换来解决。发现机组之间的永久缝内的渗透压对降低流道环向应力具有积极作用。
　　4.对挡水坝段的静动力分析采用了ANSYS二维有限元模型，通过反应谱分析法研究了大坝抗震性能，模拟出了挡水坝段坝体在静力作用下的位移、应力云图以及各阶坝体振形图并在地震动力作用下，给出了位移应力最大值的发生部位及地震响应的规律。
　　本文所研究的内容建立在工程实例的基础上，理论分析与计算结果在一定程度上可以借鉴和应用到重力坝抗震设计工作中。由于强震下的重力坝的动态反应非常复杂，本文在分析中因为条件有限，在坝体建模及计算时做了适当简化，没有考虑坝面与水体之间的接触耦合，并假定坝体为均匀介质，但对于计算结构总体而言这种简化是合理可行的。

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1绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要问题及章节安排

2混凝土重力坝应力计算及抗震分析理论方法

2.1 重力坝的应力计算—材料力学法

2.2 重力坝的应力计算—弹性理论法

2.3 重力坝的抗震理论和计算方法

2.4 本章小结

3混凝土重力坝厂房坝段整体性分析

3.1 坝体抗滑安全与抗震安全之间的关系

3.2 实际算例分析

3.3 厂房结构三维有限元计算

3.4 各结构部位的配筋计算

3.5 本章小结

4混凝土重力坝挡水坝段抗震性能分析

4.1 ANSYS重力坝抗震性能分析

4.2 ANSYS有限元的模型建立及计算

4.3静力分析求解结果

4.4静力结果分析

4.5抗震性能分析求解结果

4.6抗震性能结果分析

4.7混凝土重力坝抗震设计的两点建议

5结论及展望

5.1本文主要结论

5.2 本文的不足及对未来的展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果