考虑纵缝影响的混凝土重力坝结构分析

摘要

混凝土重力坝的纵向接缝是顺着坝顶轴线方向的铅直面，从河谷的左岸至右岸，并与各横向接缝正交。通过纵、横缝便可把各坝段分割成为许多柱状块体，以利于混凝土浇注和散热。纵缝的形式有连续的和间断的两种，但均是临时性缝面；等到一定的施工阶段，所有的纵缝必须进行压力灌浆，使接缝严密结合，恢复横断面的整体性，以保持坝体的应有强度，并符合设计要求，从而保证大坝的安全。但是，由于历史原因，一些现役的老坝，其纵缝在建造初期没有设置键槽、灌浆不善甚至没有进行灌浆处理。这些老坝的实测资料表明，纵缝在随着外界环境的变化而变化，使原本成为整体的坝体被这些未经处理的纵缝分割开来，使坝体应力分布与整体坝体截然不同，甚至出现承载状态的恶化。 本文以我国东北某战前建设混凝土重力坝为研究对象，针对该老坝实际存在的三条纵缝对坝体的不利影响进行了分析。分析过程以大型有限元通用软件ANSYS为平台，应用该软件自带的APDL语言和在边界非线性范畴中广泛使用的接触单元，进行了结构分析软件的二次开发。论文着重对未分缝坝体在外界温度变化作用下的变形、坝体温度场分布以及温度应力进行了计算分析；对分缝坝体在外界温度变化下，纵缝随外界温度的季节性变化张开和闭合，以及纵缝张开和闭合对分缝坝体应力变化规律的影响，进行了分析研究。讨论了TCC(接触热阻系数)对纵缝开合程度的影响，以及坝块之间的摩擦系数对纵缝开合变化及应力分布的影响。 依托本文的计算研究成果，基本上可以定性地反映有缝重力坝在外界环境条件变化下的变形与受力特性，为该混凝土的安全评价和加固设计提供工程依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文研究的背景及意义

1.2坝体接缝理论简述

1.2.1连续介质模型

1.2.2不连续介质模型与接触模型

1.2.3归纳与讨论

1.3本文的主要研究内容

2温度应力计算基本理论

2.1热传导理论简述

2.1.1热传导方程

2.1.2求解热传导方程的初始条件和边界条件

2.2计算温度场的有限单元方法

2.2.1变分原理在温度场求解中的应用

2.2.2不稳定温度场的有限元求解

2.3计算温度应力的有限单元方法

3接触问题的有限元基本原理

3.1概述

3.2接触问题描述

3.2.1法向接触条件

3.2.2切向接触条件

3.2.3有摩擦接触问题的势能泛函

3.2.4三维接触问题有限元离散

3.2.5接触问题有限元求解方法

4带缝重力坝的有限元计算模型及方法

4.1有限元软件ANSYS简介

4.2ANSYS中的热分析

4.2.1热分析简介

4.2.2热应力的求解

4.3ANSYS中的接触单元

4.4计算实例的有限元模型与计算参数

4.4.1计算实例概述

4.4.2计算实例的有限元模型

4.5计算基本参数及其处理

4.6块体接触问题的算例分析

4.7接缝的接触热阻问题

4.8有缝重力坝的文献算例

5无缝坝体分析

5.1无缝坝体温度场分析

5.2温度单独作用下坝体结构分析

5.3静力荷载作用结果分析

5.4温度与静力荷载综合作用结果分析

5.5小结

6有缝坝体的结构分析

6.1有缝坝体的温度场分析

6.2接触热阻对纵缝开合的影响

6.3静力荷载作用结果分析

6.4温度与静力荷载组合作用结果分析

6.5小结

7结论与展望

7.1本文工作总结

7.2研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢