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材料置换法改善拱坝受力状态的研究

李忠  
【摘要】:拱坝是一种重要坝型,在水利水电建设中占有非常突出的地位,它以结构合理、体型优美、安全性高、经济性优越而被国内外广泛采用。但由于拱坝在运行过程中,会因为外界温度的变化,坝体会产生温度荷载,温升时温度荷载会使坝体压应力变大,温降温度荷载会使坝体拉应力增加,考虑到混凝土抗拉强度远低于抗压强度,故温降工况下坝体会因为拉应力过大产生裂缝,影响坝体安全。因此,本文将尝试通过置换坝体材料的方法改善拱坝的应力状况。 目前,主要利用有限单元法对拱坝进行应力分析,其次是拱梁分载法。相比拱梁分载法,有限元法在理论上更加完善和先进,计算精度比其他方法要高,计算功能也远比其他计算方法强,有限单元法可以解决许多体型、荷载工况及边界条件复杂的结构问题,譬如可以考虑大孔口、复杂基础、重力墩等不规则外形,还可以模拟拱坝施工期和运行过程,合理考虑拱坝整体刚度、坝与地基的相互作用等,这些是拱梁分载法无法解决的。正由于有限单元法的这些优点,如今在国内外大量工程中采用有限元分析坝体稳定、强度等,有限单元法在混凝土拱坝的应力分析和应用也越来越广泛和深入,它将逐步取代多拱梁法,成为拱坝设计的主要方法。 本文首先收集低弹模混凝土的资料,了解其各项性能,为其能否作为拱坝坝体材料提供理论依据;然后采用有限单元法分析原理,以有限元计算软件ANSYS10.0为平台,通过APDL语言编制命令流文件,采用SOLID226单元划分单元,得到坝高100m的拱坝模型,利用直接耦合法计算拱坝应力。首先得到拱坝在温升和温降工况下的应力分布状况,接着以温降工况为前提,采用低弹模混凝土置换坝体应力集中的区域的坝体混凝土,进过计算,发现利用低弹模材料置换法可以很好的改善拱坝坝体拉应力集中的现象,提高了拱坝的安全性。


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