变密度法在实体重力坝抗震优化设计中的应用研究

摘要

实体重力坝的比例在我国在建的混凝土坝体中是最大的，而近年来大地震的频繁发生，使得许多实体重力坝受到了不同程度的破损，因此如何提高重力坝结构的抗震性能是目前研究的热点。通过对比实体重力坝优化设计在国内外的研究和实际应用，拓扑优化法中的变密度法，相比其他优化方法有收敛快速，优化结果更加符合实际，应用广泛等特点。本文首先对实体重力坝的应力分析方法中的材料力学法和有限元法进行了研究对比，然后通过有限元法对不同底宽的坝体在静力荷载工况下进行了分析，得出坝体的受力和变形特点。通过对结构抗震分析方法的深入研究，对实体重力坝底部加载加速度地震波进行抗震时程分析，总结出实体重力坝在地震动荷载作用下的应力应变特性，得出实体重力坝受地震荷载容易受破坏的区域。再通过大型有限元软件Abaqus作为优化平台，应用变密度法对实体重力坝进行优化设计，总结了应用变密度法对实体重力坝进行优化的理论基础和一般方法，在此基础上对坝体结构优化进行探讨研究，对坝体上下游折坡点的连接方式进行改变，以达到增加坝体抗震性能的目的。以此为基础，本文应用变密度法对实体重力坝进行优化设计，并进一步研究了坝体的抗震性能和抗震优化途径，为今后实体重力坝的优化设计提供了一种新的研究途径和方法。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

引言

1 绪论

1.1 目的及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 Abaqus分析软件在结构分析中的应用介绍

1.4 本文主要研究内容

2 实体重力坝优化基础

2.1 结构优化设计

2.2 结构优化的数学模型

2.3 连续体结构拓扑优化

2.4 结构优化算法

2.5 重力坝优化设计

3 实体重力坝应力应变分析

3.1 材料力学法

3.2 有限单元法

3.3 基于Abaqus的重力坝有限元分析

3.4 重力坝静力分析

3.5 重力坝动力分析

4 实体重力坝结构优化

4.1 变密度法基本理论

4.2 变密度法的数学模型

4.3 结构优化求解算法

4.4 基于Abaqus的结构优化

4.5 SIMP插值法和RAMP插值法的对比分析

4.6 优化实例

5 重力坝抗震优化

5.1 坝体拓扑优化后模型的动力分析

5.2 下游坝坡对坝体抗震性能的影响

5.3 对坝体进一步优化

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢