高拱坝表孔弧门支承结构静动力特性研究

摘要

坝顶开设表孔泄洪是拱坝最常见的一种泄洪方式。对于泄洪要求较高的高拱坝而言，表孔承担主要的泄流能力。随着拱坝的发展，高拱坝越来越多，泄洪表孔的尺寸越来越大，结构也更加复杂。对于较大尺寸的表孔，一般设置弧形工作闸门，同时设置由闸墩及支铰支承体组成的弧门支承结构来满足弧门安装及表孔泄流的要求。工程经验表明，闸墩、支铰支承体、溢流堰等部位的受力条件较为复杂。若体型设计不合理，可能会导致表孔局部混凝土开裂，影响拱坝的正常运行。本文采用数值分析的方法，对高拱坝泄洪表孔的弧门支承结构、溢流堰等重要部位的受力特性进行系统研究。主要研究内容和结果如下： (1)研究静水压力、弧门推力、温度荷载及地震荷载等主要的荷载对弧门支承结构及溢流堰等部位应力的影响。发现闸墩内侧面存在高拉应力区，其中弧门推力、温度荷载会导致闸墩拉应力小幅增加；静水压力作用下，坝体项部产生指向坝中的变形，对表孔闸墩产生推力导致闸墩内侧面产生很大的拉应力；地震荷载对闸墩侧面拉应力分布影响不大，但会导致最大拉应力值增大。 (2)研究坝顶连接梁式、深梁式及牛腿式三种不同支铰支承体型式，弧门支承结构在静、动力作用下的受力特性。结果表明，三种型式的弧门支承结构在静、动荷载作用下应力及位移分布规律有明显不同。坝顶连接梁式弧门支承结构的应力分布均匀，受力性能最优。牛腿式弧门支承结构的变形最大，应力水平高，受力性能比其他两种型式差。 (3)选择受力性能较好的坝顶连接梁式弧门支承结构，对闸墩体型进行研究。发现增加闸墩厚度对减小闸墩外侧面拉应力效果更为明显，增设混凝土用量较小的局部放大体与增加闸墩厚度对闸墩内侧面拉应力的影响效果二者相近。 (4)在表孔结构尺寸、表孔中心线位置不变的条件下，研究表孔与坝体的相对位置变化对表孔弧门支承结构及溢流堰等部位的位移及应力的影响，发现表孔位置对弧门支承结构的应力影响较大，选择适宜的表孔位置可达到降低闸墩拉应力水平的作用。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 相关问题研究进展

1.2.1 研究方法进展

1.2.2 研究内容进展

1.3 研究内容与技术路线

2 荷载对弧门支承结构应力的影响

2.1 AYSYS在拱坝表孔弧门支承结构分析的应用

2.1.1 APDL参数化运用

2.1.2 ANSYS中温度荷载及热——结构耦合分析

2.1.3 ANSYS中振型分解反应谱法应用

2.2 计算基本资料

2.2.1 计算荷载

2.2.2 基本材料参数

2.2.3 计算假定及有限元模型

2.3 正常蓄水位时其他荷载对弧门支承结构应力的影响

2.3.1 计算方案

2.3.2 计算结果分析

2.4 静水压力对弧门支承结构应力的影响

2.4.1 计算方案

2.4.2 计算结果分析

2.5 本章小结

3 支铰支承体型式对弧门支承结构的静动力影响分析

3.1 支铰支承体型式及有限元模型

3.1.1 支铰支承体型式

3.1.2 有限元模型

3.2 正常工况支铰支承体型式对弧门支承结构的静力影响分析

3.3 地震工况支铰支承体型式对弧门支承结构的动力影响分析

3.4 本章小结

4 闸墩体型对弧门支承结构应力的影响

4.1 闸墩厚度对弧门支承结构应力的影响分析

4.1.1 计算方案

4.1.2 计算结果分析

4.2 局部放大体对弧门支承结构应力的影响分析

4.2.1 初步探究增设局部放大体对弧门支承结构应力的影响

4.2.2 局部放大体长度对弧门支承结构应力的影响

4.2.3 局部放大体宽度对弧门支承结构应力的影响

4.3 本章小结

5 表孔位置对弧门支承结构应力的影响

5.1 计算方案

5.2 计算结果分析

5.3 本章小结

6 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间主要研究成果