文档介绍：南昌大学
硕士学位论文
混凝土拱坝三维非线性有限元坝体材料分区计算研究
姓名:王朋茂
申请学位级别:硕士
专业:水利水电工程
指导教师:徐镇凯
20071220
摘要随着三维非线性有限元法的广泛应用于拱坝应力分析,有些拱坝坝体由于局部应力的强度要求不同而采用不同的混凝土设计标号,而这些不同混凝土材料的标号,所造成的拱坝坝体应力与不考虑混凝土坝体材料标号分区时应办、应变分布情况是不同的。所以考虑混凝土坝体材料标号分区时的拱坝应力、应变分析是拱坝设计与研究的一个重要问题。在实际工程中除采用拱梁分载法进行拱坝坝体应力、应变计算外,规范中也规定在一定条件下要用有限元法计算拱坝坝体应力。实际上,岩体并非刚性体,坝体筑坝材料缁炷也并非完全弹性材料,其应力应变关系呈一定的非线性特性。基于以上考虑,本文在拱坝坝体三维非线性有限元应力分析方法的理论研究基础上,将混凝土多参数强度准则、非线性本构关系及坝体与基岩的分析方法等综合考虑,以F教ǎ肁问镅院投嘀諥内部函数,开发编制了混凝土拱坝三维非线性有限元坝体材料分区命令流分析计算程序。利用该分析计算程序可较为方便地对复杂地基上的拱坝进行应力、应变分析,进而利用超载安全系数法来分析混凝土拱坝的稳定性。本文在不考虑坝体混凝土分区与考虑坝体混凝土分区以及改变混凝土材料标号的情况下,对江西省萍乡市山口岩拱坝进行三维非线性有限元坝体混凝土应力分析,并将各计算成果进行对比,、为该拱坝的设计、优化、施工和运行提供一定的参考。关键词:混凝土拱坝;坝体分区;非线性分析;籄镅裕挥αΨ治觯超载系数。
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,拱坝的外荷载主要通过坝体拱的作用传递到坝肩岩体,部分通过坝体悬臂梁的作用传至坝基,坝体应力状态以受压为主。拱坝的这一特性便于充分利用筑坝材料炷粱砌石寡骨慷雀叩奶氐悖佣山谑〔牧稀9鞍拥奈榷ㄐ灾饕R揽堪蛹缪姨维持,不像重力坝那样主要依靠自重维持。因此,拱坝体积一般较重力坝小得多,在坝址、坝高条件相同的情况下,拱坝所需的坝体混凝土为重力坝的~,坝体越低越接近后者。即坝体越高经济性越显著。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,能自动调整拱作用和梁作用及其荷载分配,进行坝内应力重分配,,拱坝水平裂缝中的扬压力只会降低坝体悬臂梁的作用,但一般拱坝都是以独立的水平拱进行设计的,悬臂的作用只作为一种安全裕度。铅直裂缝会使拱圈未开裂部分的应力增加,原来的拱圈变成具有更小曲率半径的拱圈,坝内应力重分配,成为无拉应力的有效拱。所以按结构的观点,拱坝坝面允许局部开裂。在两岸有坚固岩体支撑的条件下,坝的破坏主要取决于压应力是否超过筑坝材料的强度极限。一般混凝土均有一定的塑性和徐变特性,在局部应力特大的部位,变形受限制的情况下,经过一段时间,混凝土的徐变变形增大,弹性变形减小,从而这些特大应力有所降低。因此,拱坝在合适的地形地质条件下具有很强的超载能力,也具有很好的抗震性能。综上所述,拱坝是一种坝身及基础工作条件好,超载能力极强的坝工结构,有最可