文档介绍：扬州大学
硕士学位论文
基于APDL的三次样条线型拱坝体形优化设计研究
姓名:张伟华
申请学位级别:硕士
专业:水工结构工程
指导教师:孙林松
20070401
摘要拱坝是一种重要的坝型,以结构合理和体形优美而著称,近年来,拱坝越来越受到大坝设计者们的重视,其应用也越来越广泛。本文基于问杓朴镅訟匀窝跸咝凸鞍拥奶逍斡呕杓平行了研究,主要内容如下:蛞=樯芰斯鞍咏ㄉ璺⒄垢趴觯庸鞍蛹负文P汀⒂呕杓颇P及优化方法三个方面概述了拱坝体形优化设计的研究进展。樯芰巳窝醪逯岛幕纠砺酆头椒ǎ隽巳窝跸型拱坝体形的构造方法,并建立了三次样条线型拱坝体形优化设计‘数学模型。凼隽斯鞍咏峁褂邢拊7治龌纠砺酆陀邢拊5刃вα扑惴法,提出了基于的拱坝建模与结构分析方法,最后对白鹤滩拱坝进行了结构分析,得出比较合理的结果。凼隽艘糯惴ǖ幕纠砺塾敕椒ǎ岢隽艘恢旨铀傥⒅秩阂糯算法,并给出了相应的计算步骤和优化算例。园缀滋补鞍咏辛说ツ勘昙岸嗄勘甑奶逍斡呕杓蒲芯浚岢了拱坝体形多目标优化的博弈方法,编制了相应的优化程序。詈螅疚亩杂写诮徊窖芯康奈侍饨辛颂致邸关键词:拱坝体形优化三次样条插值函数加速微种群遗传算法博弈论
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第一章绪论拱坝建设发展概况新的优化设计技术和方法逐步被采用,拱坝设计和计算的周期大为缩短,设计方拱坝是在平面上呈凸向上游的拱形挡水建筑物,它借助拱的作用将水压力的全部或部分传给河谷两岸的基岩。与重力坝相比,在水压力作用下坝体的稳定不需要依靠本身的重量来维持,主要是利用拱端基岩的反作用束支承。拱圈截面上主要承受轴向反力,可充分利用筑坝材料的强度。因此,拱坝是一种经济性和安全性都很好的坝型,目前全世界以上的大坝有一半以上采用拱坝坝型。人类修建拱坝具有悠久的历史。早在一、二千年以前,人们就已意识到拱结构有较强的拦蓄水流的能力,刀:始修建高余米的圆筒形拱坝。到世纪初,美国丌始修建较高的拱坝,拱坝设计理论和施工技术有了较大的进展,如应力分析的拱梁试荷载法、坝体温度计算和温度控制措施、坝体分缝和接缝灌浆等。年代以后,西欧各国和日本修建了许多双曲拱坝,在拱坝体型、复杂坝基处理、坝顶溢流等重大技术上又有了新的突破。进入年代,随着计算机技术的发展,案更加经济合理。根掘团际大坝委员会年出版的大坝注册簿统计,截至年底全ソ已建成的拱坝中,高度大于和等于挠既澜绱蟀幼苁座的%。拱坝主要集中分布在以下龉液偷厍褐泄墙ㄔ旃鞍幼疃嗟墓家,共际澜绻鞍幼苁ィ黄浯问桥分蓿龉液霞座,⒍八股降厍姆ü⒁獯罄⑷鹗咳藿ǖ拱坝占一半以上;再其次为美国,共际澜绻鞍幼苁ァ在我国的大型水利水电工程中,混凝土高拱坝已成为主要坝型之一,许多高拱坝成功地建成并投入运行,其中,年建成的高的四川二滩拱坝是目前我国建成的最高拱坝。随着西部大开发战略的实施,一批级的高拱坝也即将在我国出现,如年丌工的的小湾拱坝;年丌工的高的溪洛渡拱坝,高的锦屏拱坝;『谏杓浦械淖院滋补鞍高取R幌列的成就标志着我国在高拱坝的勘测、设计、施工和科研方面已达到了~个新的水平。张牛华皋十的三次秆条线型拱坝体形优化设计乱玎究.
拱坝体形优化设计的进展次曲线体形和混合线型体形。拱坝体形优化设计就是用数学规划方法寻求在给定条件下的坝体最优体形,拱坝的体形是决定拱坝稳定和安全的主要因素之一,因此其优化设计具有很重要的现实意义。从世纪年代起,经过各国拱坝工程界和学术界学者的不断努力,拱坝优化设计的研究己取得了巨大的成就,拱坝体形样式由简单到多样化,优化模型、约束条件和优化方法也得到了很大程度的改善,拱坝结构优化理论与方法在大、中、小形拱坝工程中获得了许多应用。.鞍犹逍蔚募负文P拱坝体形指的是拱坝外部轮廓的几何形状、尺寸和位置,在设计中通常用拱冠粱剖面和拱圈剖面来描述,即拱坝的几何模型是由拱冠梁剖面和拱圈剖面的几何形状确定的。.拱固的几何描述早期修建的拱坝都采用等厚单心圆拱,世纪年代以后,人们采用了对拱坝坝肩稳定更为有利的拱圈样式,即非圆弧拱圈,常用的有抛物线、椭圆、双曲线、三心圆、对数螺旋线等。这些拱斟线形相对于圆拱更扁平,到拱端处的曲率半径逐渐加大,使拱推力尽可能地指向岩石,有利于坝肩稳定。文陨鲜龇窃不」鞍佑朐不」鞍拥奶匦越辛硕员龋赋龅敝行慕墙闲∈非圆弧拱明显优于圆弧拱;文【则对非圆弧拱圈参数对应力、稳定和变形的影响进行了深入研究,为非圆弧拱坝的设计提供了参考。在非圆弧拱圈的基础上,我国学者又提出了两种新的拱坝拱圈线形:一般二一般二次曲线拱坝是由我国学者厉易生【渴紫忍岢龅模偕韫爸嵯呶H缦一般二次曲线形式:其中,为待定参数。枪叭ο咝拖凳⒍ㄆ洳煌娜≈捣段不同的拱圈线型,见表籦是拱冠曲率半径的两倍。可以得到一般二次曲线线型参数,椭圆抛物线産表倒威曲线扬州人学帧宦畚.