變徑漸開線雙曲拱壩建模及有限元分析.pdf

1、水電是我國(guó)資源最豐富的可再生能源,大約70％～80%都集中在西部地區(qū),而這些地區(qū)多高山峽谷,宜于修建拱壩。拱壩超載能力強(qiáng),工程安全度高,所需建筑材料少,工程建設(shè)周期短,節(jié)省投資。目前,我國(guó)修建的拱壩壩型有圓弧拱壩、橢圓拱壩、拋物線拱壩、雙曲線拱壩、對(duì)數(shù)螺線拱壩等。不同的地質(zhì)條件適合不同的拱壩壩型,壩型的種類越多,工程設(shè)計(jì)時(shí)可選擇的機(jī)會(huì)就越多。我國(guó)已公開向全球宣布了2020年非化石能源占一次性能源的15%左右,因此在水電開發(fā)任務(wù)依然繁重的

2、今天,對(duì)新型拱壩的研究仍然十分必要。基于此,本文作者將漸開線引入到拱壩壩型設(shè)計(jì)中,并對(duì)其展開了分析研究。本文主要進(jìn)行了以下工作:
　　 首先介紹了有限元法和ANSYS軟件及APDL。重點(diǎn)介紹了在本文中要用到的有關(guān)單元類型。敘述了拱壩有限元計(jì)算原理。列舉了有限元應(yīng)用于拱壩的優(yōu)點(diǎn),并對(duì)有限元計(jì)算原理進(jìn)行了闡述。
　　 根據(jù)S、β1、β2不同組合,建立和分析了144個(gè)拱冠梁模型,通過對(duì)模型應(yīng)力出現(xiàn)的位置和大小的分析,得出了:當(dāng)

3、β1、β2固定,最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力隨著倒懸S的增加而增加;當(dāng)S、β2固定,最大壓應(yīng)力隨著β1增大呈減小趨勢(shì)的規(guī)律。
　　 建立了漸開線拱壩數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)了拱圈上游曲線中心角及弧長(zhǎng)積分公式、拱圈面積計(jì)算公式和拱壩體積求解公式,編制了C語言程序,實(shí)現(xiàn)了對(duì)公式結(jié)果的自動(dòng)求解,經(jīng)過分析比較它們的中心角、弧長(zhǎng)、拱圈面積、拱壩體積后發(fā)現(xiàn):漸開線起始端參數(shù)t0固定時(shí),基圓半徑、拱圈上游曲線弧長(zhǎng)及曲線弧長(zhǎng)曲率半徑隨著高程的增加而增加;當(dāng)起始

4、端參數(shù)t0增大時(shí),拱壩的體積和中心角也在增大。得出,要減小拱壩混凝土澆筑方量,參數(shù)幻的選取值要盡量小的結(jié)論。
　　 建立了多個(gè)漸開線拱壩三維模型,在自重+上下游水壓力+泥沙壓力+溫升工況下,對(duì)漸開線拱壩系列三維模型進(jìn)行了位移和應(yīng)力計(jì)算,并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析。順河方向的最大位移都發(fā)生在漸開線拱壩壩頂?shù)墓肮诹焊浇?最大位移都在1.0cm左右。得出了,大壩第一主應(yīng)力大部分為壓應(yīng)力,這主要是上游水壓力和泥沙壓力作用的結(jié)果。各個(gè)模型都出