基于有限元ANSYS的拱壩體形優(yōu)化.pdf

1、拱壩的體形對壩體的安全、造價和施工等都有著重要的影響。拱壩的安全可靠性是依靠壩體混凝土的強(qiáng)度和兩岸拱座巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性來保證的。在拱壩體形設(shè)計中，一方面需要充分發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度高的優(yōu)勢，以盡量減少拉應(yīng)力，使壩體承受較為均勻的壓應(yīng)力，把荷載傳遞至兩岸壩基；另一方面要重視兩岸拱座的抗滑穩(wěn)定和巖體變形，使兩岸壩肩的推力盡量轉(zhuǎn)向山體內(nèi)。拱壩體形設(shè)計要考慮的三個基本要素是：壩體應(yīng)力、拱座穩(wěn)定和工程造價。 拱壩體形優(yōu)化就是在給定的地形、

2、地質(zhì)以及荷載作用條件下，利用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法，尋找經(jīng)濟(jì)合理的體形。隨著我國高拱壩建設(shè)的發(fā)展，體形優(yōu)化設(shè)計更加受到重視，拱壩的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)也表明，體形設(shè)計是拱壩設(shè)計中的兩個關(guān)鍵性問題之一。隨著工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累和設(shè)計水平的不斷提高，拱壩的體形逐漸由單心圓拱，多心圓拱發(fā)展成為變曲率變厚度的拋物線拱、雙曲線、對數(shù)螺旋線拱等。而拋物線拱曲率變化連續(xù)，既有三心圓拱的優(yōu)點(diǎn)，又避免了曲率突變的缺點(diǎn)，同時制約拱壩體形的幾何參數(shù)少于三心圓拱和對數(shù)螺旋線拱，因此

3、采用拋物線拱的數(shù)量逐步增多，設(shè)計與施工相對簡單。 目前，用于拱壩體形優(yōu)化的應(yīng)力計算方法主要有拱梁分載法和有限元法。本論文的主要工作是利用有限元軟件ANSYS的優(yōu)化功能，對拋物線拱壩的幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使壩體應(yīng)力和抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范規(guī)定要求的前提下，尋找經(jīng)濟(jì)而實(shí)用的體形；以拱壩的幾何特征參數(shù)為設(shè)計變量、大壩體積為目標(biāo)函數(shù)，考慮幾何約束、應(yīng)力約束和穩(wěn)定條件等約束條件。 以ANSYS中的APDL參數(shù)化設(shè)計語言建立模型、施加水壓