高拱壩及反拱水墊塘結(jié)構(gòu)泄洪安全分析與模擬.pdf

1、我國雖然在高拱壩的建造、設(shè)計(jì)與研究上取得了豐碩的成果，但是高拱壩的設(shè)計(jì)還遠(yuǎn)未達(dá)到“自由王國”的境界，仍有一些重大問題需要解決：高拱壩的合理設(shè)計(jì)原則、標(biāo)準(zhǔn)和要求；高拱壩的精確動(dòng)力分析和抗震措施；高拱壩的泄洪、消能、防沖問題；高拱壩的模型試驗(yàn)問題等。本文針對(duì)高拱壩的模型試驗(yàn)問題、拱壩流激振動(dòng)響應(yīng)及水墊塘防護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性這些問題，通過水彈性模型試驗(yàn)、理論分析及有限元分析對(duì)這些問題進(jìn)行了研究，建立了相關(guān)的計(jì)算方法，得出一些有意義的結(jié)論。

2、水彈性模型可以同時(shí)滿足水力學(xué)相似和結(jié)構(gòu)力學(xué)相似，是對(duì)“結(jié)構(gòu)-水體-地基-動(dòng)荷載”四位一體的流固振動(dòng)系統(tǒng)的模擬。本文詳細(xì)論述了水彈性模型的相似原理及模擬范圍、材料特性對(duì)拱壩動(dòng)力特性的影響，給出水彈性模型的一般模擬范圍。采用1:100大比尺水彈性模型對(duì)拉西瓦高拱壩及反拱型水墊塘流激振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了測試分析。 在實(shí)際工程的原型或模型動(dòng)力試驗(yàn)中，實(shí)測動(dòng)力響應(yīng)測點(diǎn)總是有限的，特別是原型觀測中的測點(diǎn)有時(shí)更少，難以全面反映水工結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)特征

3、。本文在流激振動(dòng)正反分析方法的基礎(chǔ)上，將引起拱壩結(jié)構(gòu)振動(dòng)的三個(gè)激振源視為三個(gè)獨(dú)立的、不相關(guān)的等效荷載，采用遺傳算法得到等效荷載，進(jìn)而利用正分析方法得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)以及進(jìn)行振源分析。此外又針對(duì)具有多個(gè)測點(diǎn)同步測試結(jié)果的情況，給出一種基于模態(tài)疊加法的反分析方法，其實(shí)質(zhì)是建立在模態(tài)的正交性及展開定理基礎(chǔ)上的一種求解動(dòng)力響應(yīng)的近似方法。應(yīng)用上述兩種方法，對(duì)拉西瓦拱壩水彈性模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了反分析。 高壩水墊塘在泄洪期間起到消除下泄

4、水流能量的作用，其自身的穩(wěn)定是實(shí)現(xiàn)消能和防沖的關(guān)鍵。在水動(dòng)力荷載的作用下，其受力和運(yùn)動(dòng)過程十分復(fù)雜。對(duì)它的數(shù)值模擬需要考慮以下三個(gè)方面：錨固鋼筋與底板、地基之間的粘結(jié)滑移；底板之間、底板與基巖之間、底板與拱座之間的接觸以及底板與水體之間的相互作用問題。本文基于粘結(jié)滑移理論、非線性接觸理論及流固耦合理論，提出一種反拱水墊塘有限元模型，該模型采用三維非線性彈簧單元模擬錨固鋼筋與基巖的位移協(xié)調(diào)、接觸元模擬襯砌塊接縫以及底板、拱座、基巖和邊坡間