基于改进响应面法的拱坝可靠度分析

【摘要】：拱坝以其结构合理和体形优美而著称,具有经济、安全、超载能力强、抗震性能好及材料强度发挥充分等优点,是一种很优越的坝型；但是拱坝的环境条件复杂,来自边界和外界的影响因素较多,一旦失事,后果极其严重。因此,拱坝的安全性分析受到了社会各界的高度重视和广泛关注。 可靠度分析作为拱坝安全评价中的一种重要方法得到了广泛的关注。可靠度分析是基于各种数据、资料的概率统计分析,在结构设计中运用概率方法来定量地考虑结构影响因素的不确定性,并以概率统计理论为基础来衡量结构是否安全可靠。拱坝是一种高次超静定的空间壳体结构,在拱坝的结构设计中涉及了较多的变量,由于这些变量都不是确定的值,所以采用可靠度理论设计则能够较好地模拟拱坝的实际工作状态。 由于拱坝的构造复杂,涉及了较多的随机变量,极限状态函数一般是随机变量的高度非线性隐式函数,因此很难准确计算它的可靠度。本文在总结结构可靠度分析方法及其最新研究进展的基础上,引入了改进的响应面法,以佛湾水库砌石拱坝为例,借助ANSYS软件对该拱坝进行了三维有限元静力分析,在此基础上进行了坝体可靠度分析,主要研究工作如下： (1)介绍了拱坝应力分析的主要计算方法,详细阐述了有限单元法的基本原理及其步骤,重点论述了有限元等效应力计算方法及其在ANSYS软件中的实现过程； (2)本文利用ANSYS软件的参数设计语言APDL建立了该拱坝的三维有限元模型,对设计工况下的拱坝进行了静力分析,并对近基础部位的应力进行等效处理来消除有限元计算引起的应力集中现象； (3)介绍了结构可靠度分析的常用计算方法,根据拱坝自身特点并结合实例,在运用ANSYS软件对拱坝进行应力分析的基础上,结合改进的响应面法及验算点法编制C++程序进行坝体可靠度分析； (4)分析了随机变量的变化对坝体可靠度的影响,指出影响坝体可靠度的主要因素,为拱坝的设计、施工及其安全运行提供参考。