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高拱坝静、动力分析及开裂研究

卢向丽  
【摘要】:拱坝是一种重要的坝型。它是一种既经济又安全的坝型,对于高坝,拱坝的优势尤为明显。它优美的外形和合理的结构性在国内外高坝中普遍采用。 本文以拱坝为研究对象,对混凝土的本构关系采用弹性和非线性两种情况,对高拱坝在基本荷载作用下的应力及变位做了分析,结果表明弹性分析情况下,高拱坝的坝踵区产生了较大的拉应力。拉应力值超出了混凝土的抗拉强度极限,因而坝踵位置产生裂缝是不可避免的。 高拱坝开裂是高拱坝设计中需要考虑的一个重要问题。一般认为,通常高度的拱坝抗压强度有较大的安全储备,当局部出现开裂,坝体应力可以自行调整而不影响坝的正常运行。但对于300m级的高拱坝,应力水平很高,安全储备很小,一旦出现张拉裂缝、应力调整的余地可能不足。针对这种情况,文章对高拱坝的开裂进行了分析计算,同时对开裂单元进行了开裂追踪。开裂追踪过程中,采用了利用最小可靠度的方法。利用响应面同一次二阶矩综合法,进行可靠度的计算,通过实例说明此种方法较其它类方法对于解决大体积结构的隐式可靠度计算是十分有效的,而且更加简便,是值得推广的一种方法。 在高拱坝的设计计算中,地震因素无疑是不可忽视的一部分。工程的抗震能力是确保工程安全的关键。本文采用线性、非线性有限元两种方法对高拱坝进行了动力分析,分别计算了在地震荷载作用下高拱坝的应力和变位情况。同时对非线性分析情况的高拱坝,研究在静载和地震荷载同时作用下高拱坝混凝土材料的受拉后开裂、拉开后闭合等状态。分析表明坝踵开裂的高拱坝,应将允许坝踵开裂作为一种设计情况,只要裂缝的开展是稳定的,不损坏防渗帷幕,这种裂缝对工程的整体安全并不构成危害。


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