文档介绍：西安理工大学
硕士学位论文
有限单元法在拱坝体形优化设计中的应用研究
姓名:宋佩峰
申请学位级别:硕士
专业:水工结构工程
指导教师:李守义
20070301
家科文有限单元法在拱坝体形优化中的应用研究学科:导师:水工结构工程摘要答辩日期:作者:摘要在狭窄河谷建造大坝,拱坝是一种既经济又安全的坝型。对于高坝,拱坝的优势更为明显。近年来尤其在我国,拱坝建设方兴末艾,井展拱坝的体形优化设计研有限元法计算拱坝应力和变形,不但能够较好的考虑基础的不均匀性和地质构造的复杂性,还可以在计算中模拟各种复杂的孔口和材料分区,因此越来越多的应用于拱坝设计、施工等方面。然而,有限元法计算结果由于应力集中导致坝体与基岩交接处数值偏大,与实际情况不符。本论文的主要工作是利用大型有限元软件的参数化设计语言编制程序,建立拱坝有限元模型,施加自重、水压力等荷载,进行有耀元求解;同时利用优化模块,对拱圈为统一二次曲线的拱坝体形进行优化。以统一二次曲线的几何特征参数和拱冠梁几何特征参数为设计变量,大坝体积为目标函元等效应力计算公式,将有限元法求得的坝体与基岩交接面上的应力合成截面内基于有限元计算软件进行拱坝优化设计,其建模、加载。求解及优化计算等一优化中的应用使其更具有实际应用价值。强大的后处理功能可以多种图表给出计算结果,对设计者全面了解坝体应力和位移提供了极大的方便。.,用于拱坝体形优化的应力计算方法主要有拱粱分载法和有限元法。采用数,考虑几何约柬、应力约束和稳定条件等约束条件,在坝体应力和稳定满足规范规定的前提下,寻找经济而实用的体形。本文基于等效应力概念,推导了拱坝有限力,然后求出对应的线性化应力,并以此应力作为应力约束条件,实现了以等效应力作为应力约束条件进行拱坝体形优化。,求解效率高,过程简洁,智能化程度较高。等效应力在关键词:有限单元法拱坝体形优化设计等效应力
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导师签名::荽辽论文作者签名:经杩论文作者签名:冬至兰叠本人圣独创性声明学位论文使用授权声明。辏辉录迫。阩月。;日方外,论文中不包含其他人的研究成果。与我~同工作的同志对本文所论述的工作和成西安理工大学拥有学位论文的部分使用权,即:已获学位的研究生按学校规定提交学位论文,可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索;为教学和秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明:本人所呈交的学位沦文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除特舅Ⅱ加以标注和致谢的地果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。本论文及其相关资料若有不实之处,由本人承担一切相关责任在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩,并已经在西安理工大学申请博士/硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者,同意授权印刷版和电子版学位论文,学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的科研目的,学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。本人学位论文全部或部分内容的公布ǹ授权西安理工大学研究生部办理。C艿难宦畚脑诮饷芎螅视帽臼谌ㄋ得
髀拱坝的特点拱坝的发展概况拱坝是固接于基岩的空间壳体结构,在平面上呈凸向上游的拱形,其拱冠梁剖面呈竖直或向上游凸出的曲线。其主要特点如下“’:芰μ氐悖捍影犹灞旧砝此担鞍又饕R揽坎牧系母髦智慷龋乇鹗且揽靠寡强度来保证大坝安全,其稳定性主要依靠两岸坝肩岩体来维持,而不像重力坝那样主要依靠自重来维持,因此拱坝有利于发挥混凝土材料抗压强度高的特点。从结构作用来说,拱坝属于周边固接的高次超静定结构,当外荷载增大或坝的某一部位因拉应力过大而发生局部开裂时,能调整拱梁作用及其荷载分配,进行坝内应力重分布,不致使坝体丧失全部的承载能力。裂缝对于拱坝的威胁也不像其他坝型那样严重,拱坝水平缝中的扬压力将降低坝体悬臂梁的作用;铅直裂缝将使拱圈未开裂部分的压应力增加,原来的拱圈变成具有更小曲率半径的拱圈,经坝内应力重分布后,成为无拉应力的有效拱,因此拱坝坝面允许局部开裂。在两岸有坚固岩体支撑的条件下,大坝的破坏主要取决于压应力是否超过了筑坝材料的强度极限以及坝肩的稳定性。眯裕汗鞍佑捎谄浒犹迨芰μ氐悖话憬掀渌有偷幕炷劣昧可伲旒郾宜。在坝址、坝高条件相同的情况下,拱坝所需要的混凝土为重力坝的~,坝体越高越接近前者,即埂体越高经济性越显著。需要注意的是,拱坝的经济与否,与包括地质因素在内的许多方面有关,特别是河谷宽窄的情况。由于拱坝单位造价较重力坝高,对于河谷宽高比大于的情况下,拱坝的经济性明显减低。踩裕汗鞍犹逍翁氐憔龆怂且恢值髡芰η康某捕ń峁梗杓平虾玫