有缝重力坝静动力有限元仿真分析

摘要

重力坝是水利工程中非常重要的筑坝型式,由于其安全可靠,施工技术简单,对地质要求不高等显著优点,在国内外被广泛采用.重力坝的应力和稳定性分析是进行其它设计的基础,是整个设计的重要组成部分.传统的计算方法适应性差,已不能满足设计需要.随着有限元理论的完善和仿真软件的不断发展,采用有限元软件对重力坝进行仿真模拟具有重要的工程意义和实用价值.该文综述了重力坝的各种分析方法,简要阐述了重力坝有限元分析方法的基本原理.介绍了ANSYS程序结构及其分析的基本过程,重点讨论了ANSYS的模型建立和网格划分,初步分析了四面体和六面体单元对计算精度的影响,并对六面体网格划分方法进行了深入的研究.结合实际工程,采用ANSYS软件对有缝重力坝结构进行三维有限元计算,对其结构性能进行分析.在计算过程中,考虑了混凝土分区和计算网格精度的影响,并较为系统地研究了混凝土重力坝在建立模型、有限元网格划分以及有限元计算和分析中的各种问题,采用混合网格划分方式实现了对复杂结构的六面体网格划分.对ANSYS软件中关于接触问题的计算方法进行了详细研究,并通过数值算例的计算分析,对ANSYS采用接触单元模拟接缝的可行性问题进行了探讨.利用接触单元和单元结点耦合方法对接缝和键槽的作用分别进行了模拟.结合实际工程中的不同工况,对某堰闸坝结构的应力和变位进行计算,分析了坝体的应力和变形的分布规律,并重点研究了坝内孔道、闸墩等部位的应力分布状态和坝体局部应力集中,并对应力集中问题提出了具体的处理方法.研究结果为实际工程的设计提供了重要的技术依据.该文结合现有的美国坝工设计规范,对坝体的抗滑和抗倾覆稳定性问题进行了分析,该分析方法对于同类的大体积混凝土结构的抗滑和抗倾覆稳定性分析具有一定的参考价值.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题的目的及意义

1.2国内外研究进展

1.3论文的主要工作

第二章重力坝结构分析的有限元理论

2.1重力坝的应力分析方法

2.2有限元方法的发展和应用

2.3接缝问题的有限元分析方法

2.4地震响应分析

第三章ANSYS的主要功能及其应用

3.1 ANSYS的主要功能简介

3.2 ANSYS的建模及网格划分

3.3自由度耦合与约束方程

3.4 ANSYS在接触单元分析中的应用

第四章工程实例

4.1工程概况

4.2计算模型的建立及网格剖分

4.3计算工况及参数说明

第五章计算结果分析

5.1灌浆压力敏感性分析

5.2接缝和键槽方案的确定

5.3静动力分析

5.4模态分析

5.5稳定性分析

5.6小结

第六章结论与展望

致谢

参考文献