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模拟浇注程序下的拱坝体形优化研究

刘莹  
【摘要】:拱坝在水利水电建设中有着十分重要的地位,拱坝在适合狭窄地形,结构、体型、安全性能、经济方面优于其他坝型,正在被广泛地应用。拱坝属于高次超静定结构,嵌固在周边的岩基上,坝体因拉应力过大或外荷载增大发生局部开裂时,通过调整拱、梁作用,坝体内部应力得到重分配,坝体的承载能力不致全部丧失。在混凝土拱坝的施工过程中拱坝是分层浇筑的,施工过程对坝体的应力场有着重要影响。若不考虑真实的施工过程,忽略自重荷载的加载路径和结构体形的变化,将会给拱坝的设计结果带来误差。因此,将模拟施工坝体浇注过程和体形优化设计有效的结合起来,可以得出更加实际的坝体体形。 本文的拱坝体形优化设计主要是针对工程应用的研究,也就是指在给定的拱坝线形上通过调整其设计变量进行优化设计,采用有限单元法对拱坝进行结构计算,实现拱坝模型的全自动计算,缩短拱坝优化设计的设计周期,提高设计质量。 首先,论文回顾了有限单元法、优化等基础知识;随后,通过分析和研究拱坝体形及其受力特点,选定了拱坝优化设计模型中的设计参数;接着,以有限元软件ANSYS10.0为平台,通过APDL编制命令流文件,实现参数化的自动读入及拱坝参数化实体自动建立,采用合适的单元划分坝体及坝基,以形成有限单元模型,通过生死单元的运用,模拟重力荷载按工程浇注程序分步作用情况;然后,针对拱坝所受温度荷载的不同,依据稳态温度场分布和影响情况,运用有限元应力分析理论,把温度荷载作为体荷载的形式对拱坝进行应力分析,确定状态变量和目标函;之后,应用ANSYS软件强大的前后处理功能完成后期优化计算,最优化设计过程由计算机自动执行和控制,缩短设计周期,减轻设计人员的劳动强度。整个自编程序运行通畅,结果合理;最后,拱坝重力荷载分步作用和整体作用两种情况下的优化结构进行对比分析。


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