吉沙水电站拦河坝底孔坝段三维有限元计算分析

摘要

吉沙水电站位于云南省迪庆香格里拉县虎跳峡镇境内，金沙江支流硕多岗河上，吉沙水电站拦河坝为混凝土重力坝，采用坝身孔口泄水，共设2个表孔和1个泄洪冲沙底孔及一个冲沙孔，其中泄洪冲沙底孔和冲沙孔布置在同一坝段上；吉沙水电站泄洪冲沙底孔坝段虽然宽度较窄，但整个坝段布置了泄洪冲沙底孔、冲沙孔、灌浆廊道、弧形工作门、平板事故门等，故此坝段坝体结构相对比较复杂。受北京国电水利电力工程有限公司委托，对整个泄洪冲沙底孔坝段进行三维有限元数值分析，为拦河坝泄洪冲沙底孔坝段的体型和结构设计提供依据。 本文除了对该工程进行三维有限元仿真分析外，还做了一些非常有意义的工作： 1.在坝基范围的选取方面，通过采用有限元方法计算不同的坝基范围以及采用有限元-无限元耦合方法，研究不同的坝基取值范围对坝体建基面应力的影响，为用有限元计算方法选取合理的坝基取值范围提出了建议，本文中选用6倍的坝高作为坝基的计算范围。 2.在研究坝踵应力集中问题时，针对该重力坝是低坝，相对高坝而言坝踵的拉应力不是很大，除了在坝踵区域加密网格按照规范要求计算坝踵区域拉应力长度外，还通过将坝踵区域尖角修圆，以修圆后坝踵区域的应力极大值作为实际坝踵区域应力值的参考。 3.针对扬压力及拟静力法地震荷载施加方法的特殊性，本文在ANSYS软件的基础上利用IPDL语言编制了相应的荷载施加程序；此外还通过利用对应力的面积积分编制了将截面应力转化为截面内力的实用程序，与以往的路径积分以及利用AUTOCAD进行积分等方法相比，程序能够从根本上解决问题，应用范围广，结果更为精确，为结构构件的配筋计算提供了方便，具有较大的实用价值。

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第一章绪论

1.1.重力坝发展史

1.1.1.古代重力坝和坝工技术的传播

1.1.2.近代重力坝设计理论的诞生和完善

1.1.3.重力坝在我国的发展

1.2.重力坝的应力计算

1.2.1.材料力学方法

1.2.2.有限元计算方法

1.3.混凝土重力坝坝体应力研究现状

1.3.1.基岩取值范围对坝体计算应力的影响

1.3.2.重力坝坝踵应力集中问题

1.4.本文的选题背景及主要内容

第二章三维有限元分析原理

2.1有限元法的发展及现状

2.2有限元法分析的基本过程

2.3 ANSYS主要功能简介

2.4 ANSYS在线弹性分析中的应用

2.4.1线弹性计算模型

2.4.2 SOLID45单元简介

2.4.3 ANSYS的建模及网格划分

第三章重力坝有限元分析中几个关键问题研究

3.1基岩取值范围对坝体计算应力的影响

3.1.1概述

3.1.2无限元基本理论

3.1.3简化计算模型及计算参数

3.1.4计算结果分析和比较

3.1.5坝基网格疏密优化

3.2坝踵区域应力集中研究分析

3.2.1 引言

3.2.2坝踵区域应力集中分析

3.2.3修圆的坝踵区域应力研究

3.3扬压力荷载施加方法

3.3.1 引言

3.3.2程序实现及应用

3.4拟静力法施加地震荷载的方法

3.4.1拟静力法简介及基本原理

3.4.2程序实现步骤

3.5利用有限元计算结果进行结构配筋的方法

3.5.1 引言

3.5.2程序实现

3.5.3程序应用

第四章吉沙水电站拦河坝底孔坝段有限元分析

4.1工程概况

4.2计算基本资料

4.2.1计算依据的主要规范

4.2.2 工程等级及洪水标准、地震烈度

4.2.3 底孔坝段的体形

4.2.4材料参数

4.2.5地质基本资料

4.2.6泥沙

4.2.7波浪要素

4.3计算内容及计算工况

4.3.1计算内容

4.3.2计算工况

4.4荷载组合与荷载计算

4.4.1荷载组合

4.4.2荷载计算

4.4.3各计算工况的荷载组合

4.5不同工况的应力状态及位移

4.5.1坝体应力计算结果

4.5.2坝体应力计算结果分析

第五章结论与展望

1.1.论文总结

5.2.展望

参考文献

发表论文与参加科研情况说明

致谢