某重力坝复杂廊道系统三维有限元结构配筋计算
重力坝廊道周边应力有限元分析
重 力 坝 是 水 利 蓄 水 枢 纽 工 程 中广 泛 采 用 的 坝 型 。
小 型 水 库 。 枢 纽 工 程 由混 凝 土 溢 流 坝 、 左 右 岸 非 溢 流 坝 及 泄 洪 底 孔 坝 段 组 成 。 设 计 最 大 坝 高 4 .8 i 25 n,
设 计 洪 水 位 8 51 。 右 岸 非 溢 流 重 力 坝 段 桩 号 0 5 .8m +
(a u nU i r t o eh ooy T i a 30 4 S ax, hn) T i a nv sy f c nlg, a u n0 0 2 , h niC ia y e i T y
A src: o bnn i ed s no iguG ai a n e eerho a e if cmeta2 Df i l n bta tC m ii wt t ei f ny rvt D m adt sac nglr r no e n, - n eee t g hh g Q y hr ly e r i t me
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K yW od: ai a ; a e ; t s cn et t n F M a a s ; iguR sro e r sg v y m glr s es o cn ai ; E nl i Qn eevi r td ly r r o ys y r
中图 分 类 号 : v 4 ;T 3 4 2 5 T 6 2 V 1 (2 ) 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 :5 9 9 4 ( 0 1 0 — 0 9 0 0 5— 3 2 2 1 )9 04 — 4
mo e fd m a lre s b i a e n ANS n fe o sd r g t e d f r t n o e r c .T e sr s i r u in d lo a g l i s i u l b s d o e d YS a d at rc n i e n h e o mai fb d o k h te s d si t s i o tb o a o n h g l re n h if e c f r c ea t d l s n g o t g g l r xmu t n i t s ae g i e . r u d t e ali s a d t e n u n e o o k lsi mo u u o r u i al y ma i m e sl sr s r a n d e l c n e e e C mp rn h EM e u t wi h a c lt n fsa d r alr n i f i l n , h i t n a py n tn ad g l r o a gteF i r s ls t t e c l u ai s o t n a d g l y i n n t p a e t e l so p li g sa d r al y h o e i e mi e meh d a d t e c re t n C I E ftn i t s n o c t h ai fb d o k a d d m o y mo u u r lo gv n t o n h o r c i H V S o s e sr sa d f r e wi t e r t o e r c n a b d d l s ae as ie o e l e h o
有限元法在复杂水工结构变形分析及配筋计算中的应用
冯楚桥 ,余 晓敏
(1.贵州 省喀斯特地区水资源开发利用工程技术研究 中心 ,贵州 贵 阳 550002; 2.贵州省 水利水电勘测设计研究 院,贵州 贵阳 550002;
3.武汉 大学水资源与水电工程科学 国家重点实验室 ,湖北 武汉 430072)
摘 要 :对于非板 、梁、柱及杆系等较为复杂的水工结构,采用有限单元法计算,不仅可适应结构体型以及边界条件的复杂 性 ,而且 可以较为准确地得 出结构变形情况及 内部应力 的分 布 ,进而依据应力分布计算截 面配筋量 。结合夹 岩水 利枢纽 坝后厂房工程 实例 ,建立三维有 限元模型 ,分析 了厂房变形特征 ,并根据应力计算结果分析 了结构所需 的配筋量。 关 键 词 :有限元法;大型厂房结构;配筋计算 中图分 类 号 :TV332.9 文献标 志码 :A 文章 编号 :1671—3354(2018)02—0005—06
2018年第 2期
2018 Namber 2
水 电 与 新 能 源
HYDROPOW ER AND NEW ENERGY
第 32卷
Vo1.32
DOI:10.13622/j.enki.en42—1800/tv.1671—3354.2018.02.002
有 限 元 法 在 复 杂 水 工 结 构 变 形 分 :2018一ol一05 作者简介 :冯楚桥 ,男 ,博 士后 ,从事高坝结构理论分析研究及水 工建 筑物设计 工作 。 基金项 目:贵州 省科技计 划课 题(黔科合重大专项字 [2017]6013—2号)。
水 工 混凝 土结 构体 型及 配筋设 计 通常 可采 用解 析 法或数值方法 1j。解析方法遵循一般设计 思路 ,对结 构体 型及 边界 条件 进行 一定 程度 上 的简化 ,较 为方便 。
某混凝土面板堆石坝三维有限元静动力仿真计算研究
某混凝土面板堆石坝三维有限元静动力仿真计算研究以西南地区某水电站混凝土面板堆石坝为例,进行了三维有限元静动力仿真计算,根据计算结果,对坝体和面板不同计算工况下的位移、沉降、应力分布和水平及接缝位移等情况进行了综合分析,并对大坝基础开挖、坝体结构、坝顶超高、坝体变形和坝坡稳定控制、面板应力和变形控制、面板分缝及处理措施等方面提出了建议,对大坝设计具有重要的指导意义,对同类工程也具有一定的参考价值。
标签:混凝土;面板堆石坝;三维有限元;静动力计算1 工程概况西南某水电站是以发电为主,兼顾灌溉、旅游等综合利用效益的水电枢纽工程,水库总库容17.74×108m3,最大坝高175.5m,装机容量270MW。
挡水建筑物为混凝土面板堆石坝,按500年一遇洪水设计,可能最大洪水校核。
水库正常蓄水位675.00m,汛限水位为665.00m,设计洪水位678.21m,校核洪水位683.49m,死水位640.00m。
本文介绍了该电站混凝土面板堆石坝的三维有限元动静力有限元仿真计算过程,基于计算成果,对大坝基础开挖、坝体结构、坝顶超高、坝体变形和坝坡稳定控制、面板应力和变形控制、面板分缝及处理措施等方面提出了建议,对大坝设计具有重要的指导意义,对同类工程也具有一定的参考价值。
2 计算模型及参数2.1 计算模型三维计算模型边界底部取坝基覆盖层底部基岩面,两岸取至开挖面。
坝体静力计算采用“南水”双屈服面弹塑性模型,混凝土面板采用线弹性模型,面板周边缝接缝材料采用连接单元模拟,垂直缝采用分离缝模型模拟。
动力计算采用等价粘弹性模型。
2.2 计算参数根据坝料静、动力试验成果以及工程类比,确定坝料静、动力参数。
混凝土面板弹性模量、泊松比和密度分别为E=28GPa,?滋=0.167,?籽=2.40g/cm3。
抗震设计地震标准取基准期100年超越概率2%(地震动峰值加速度a=0.275g),校核地震标准取基准期100年超越概率1%(a=0.328g)。
混凝土重力坝二维与三维有限元仿真分析
武汉工程职业 技术 学院学报
Journal ofWuhan Engineering Institute
v01.28 N 0 1 M arch2016
混 凝 土重 力 坝 二 维 与三 维 有 限元 仿 真 分 析
郑 昌坝
(福 建 水利 电力职 业技 术 学 院 水利 系 福 建 永 安 :366000)
对 于 坝体 划 分单 元 模 拟 的选 择 ,二 维模 型 可 以 采 用 PLANE42、PLANE182,三 维 模 型 可 以 采 用
SOLID45、SO LID 65、SO LID 95。
PLANE42单 元 用 于 建 立 二 维 实 体 结 构 模 型 ,可 用作 平 面单 元 和轴 对 称 单 元 。本 单 元 有 4个 节 点 ,每个 节 点有 2个 自由 度 ,具有 塑性 、蠕 变 、辐 射 膨 胀 、应 力 刚 度 、大 变 形 以 及 大 应 变 的 能 力 。 PLANE182单元 是 PLANE42的多节 点单 元 。
SOLID45单元 _5 用 于建立三 维实体结构模 型 ,通 过 8个 节点来定 义 ,每个 节 点有 3个 自由度 ,具有 塑 性 、蠕 变 、膨 胀 、应 力 强 化 、大 变 形 和 大 应 变 能 力 。 SOLID95单元是 S0I ID45高 阶节 点 。SOI ID65单元 用 于含钢筋或 不含钢筋 的三维实体模 型 ,具 有拉 裂与 压碎 的性能 。该 单元可 以用来 模拟 素混凝 土 、加筋 混 凝 土 、加筋复合材 料 、地质材料 (如岩石基础 )。 1.3 模 型 的 网格 划分
41
郑 昌坝 :混 凝 土 熏 力 坝 二 维 与 三 维 有 限 元 仿 真 分 析
复杂地质条件下重力坝深层抗滑稳定非线性有限元研究
拟 范 围约 1 5 坝 高 ,坝趾 下 游岩 体模 拟 范 围约 .倍 1 5 2 0倍 坝 高 ,离 散 中 坝 体 及 坝 基 岩 体 采 用 .~ . 空 间 8节 点 等参实 体 单元 ,坝 体 建基 面及 坝基 各 类结 构 面采 用接 触面 单元 ( 厚 度 )或 夹层 单元 无 ( 厚度 ) 有 ,三维 有 限元计 算模 型 节点 数 和单 元数
右J7 C 一B
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Hy 、Hy 、 2 3
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坝 基 岩 体 力 学 参 数
岩 石 / 石 岩 抗 剪 断 强 度
滑动 力 。其 中 ,
岩 体 变 形 强 度
阻滑 力 : z— I( — af d F c . )a
c .
( a MP )
变 形 摸 弹 性 摸 量 泊 桑 比 量 ( GPa )
AⅢ 2 AⅢ 1
如下 :
节点数 1 8 ,单 元 数 l 8 。 20 2 12 7
1 #为坝 段 ,长 度 5 m) 5 5 ;表 孔 坝 段 分 为 3段
三维 有 限元计 算 网格 见 图 1所示 。计 算 域各
边界 切 开面 均取 法 向位移 约 束 ,有 限元计 算 坐标
拱坝准稳定温度场三维有限元分析
拱坝准稳定温度场三维有限元分析拱坝是一种非常重要的水利建筑物,它主要用于控制水位,进行河流治理,灌溉等。
但由于水位的不稳定性及气温的变化,拱坝在使用过程中会受到热力学力的影响,以至于导致拱坝的失稳。
因此,为了保证拱坝的稳定性,需要进行准确的准稳定温度场的三维有限元分析。
有限元分析是一种数值计算方法,用于求解各种结构的复杂场景。
有限元分析可以模拟出各种形状物体的多维空间体系,从而提供准确的准稳定温度场模拟结果。
对于拱坝而言,有限元分析可以模拟拱坝的温度场变化,从而确定拱坝的热辐射及热量的传输情况,以及拱坝的温度分布。
为了进行准确的三维有限元分析,首先需要准备计算所需的模型数据。
这些模型数据包括拱坝的形状、几何大小以及温度场。
对于拱坝而言,主要需要确定拱坝的几何形状,它们包括拱坝的面、边、角、点、表面等;其次需要确定拱坝的尺寸,即高度、宽度以及拱坝不同部位的厚度;最后,需要确定拱坝的温度场,即拱坝不同部位的温度分布。
接下来,需要使用有限元分析软件根据准备好的模型数据进行计算。
根据热流体动力学原理以及边界条件,有限元分析软件可以根据拱坝的尺寸、形状以及温度场,模拟出准稳定温度场分布情况,以解决拱坝失稳问题。
最后,通过三维有限元分析,可以得到准确的拱坝温度场分布情况,从而进一步控制拱坝的温度。
有限元分析可以模拟出如何利用拱坝的结构特性,使拱坝的温度保持稳定,以避免拱坝的失稳问题。
通过有限元分析,我们可以根据拱坝的几何特性和温度场,模拟出准稳定温度场并对拱坝进行优化,从而确保拱坝的可靠性和稳定性。
因此,计算机有限元分析不仅可以为拱坝的设计提供技术指导,还可以在不断变化的气温条件下保障拱坝的安全运行。
总的来说,有限元分析是拱坝准稳定温度场的必备方法,它可以为拱坝的设计及运行提供准确、稳定的分析结果。
只有准确、合理的分析结果,才能保证拱坝在变化的气温条件下得以稳定运行,避免造成灾难性的后果。
重力坝三维地震有限元分析
卷 7
第 年
7 3
期 月
S
HA N XI
AR CHITECTUR
E
VMoalr..33 2N0o0.77
·111 ·
文章编号 : 100926825 (2007) 0720111202
重力坝三维地震有限元分析
0 . 9 42 7
6
1 . 0 92 8
0 . 9 43 4
1 . 1 24 7
1 . 0 59 2
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1 . 1 67 0
1 . 3 72 2
1 . 3 48 1
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1 . 4 01 9
1 . 3 03 0
1 . 5 68 3
1 . 4 88 8
9
1 . 4 94 3
1 . 4 24 6
在求总地震作用效应 时 ,采 用了平 方和方 根 ( SRSS) 法 ,即取
各阶地震作用效应的平 方总和 的方 根作为 总地 震效应 的振 型组
合方法 。用公式表示如下 :
1. 2 计算方法 重力坝的地震 分析一般有动力法和 静力法 ,本次计算采用动
力法中的振型分解反 应谱 法进 行重力 坝的地 震动 力分析 。振型 分解反应谱 [226 ] 理论 假设 结构 物最 不利 地震 反应为其最大 地震反 应 ,这样就可以一次 求出 最大地 震内 力或位 移 ,节约 了大量 的计 算时间和计算量 ,提高了计算效率 。反应谱是 将具有不同 自振周 期的单质点在许多地震 过程 中的最 大反应 值加 以均化 后按 自震 周期绘制的曲线 。反应谱法的分析步 骤主要是两 部分 :首 先是建 立模型后求得模态解 ,得 到体系 的自 振频率 和振 型 ; 然后将 模态
TBM开挖隧洞管片衬砌结构三维有限元分析及配筋计算
TBM开挖隧洞管片衬砌结构三维有限元分析及配筋计算作者:王小军来源:《南水北调与水利科技》2015年第03期摘要:研究在高内水压力下,TBM开挖隧洞中管片衬砌能否承担内水压力作用且结构强度满足设计要求的问题,主要针对管片衬砌结构接缝对衬砌整体应力的影响。
以某水电站长距离引水隧洞为例,采用有限元法建立三维模型,计算发现在内水压力作用下,管片分块衬砌受力规律不同于常规现浇混凝土衬砌,管片之间螺栓连接受力集中,接缝处产生了应力释放,使得管片其他部位应力降低,而且配筋量较同水头下整体现浇混凝土配筋量大大减少。
关键词:引水隧洞;管片衬砌;弹塑性模型;有限元中图分类号:TV332 文献标志码:A 文章编号:1672-1683(2015)03-0606-03Abstract:In this paper,the problems whether the segment lining of TBM excavation tunnel can sustain the internal pressure and structure strength can meet the design requirements under high internal water pressure were investigated,and the effects of segment lining structure joint on the overall stress of lining were analyzed.,Finite element method was used to develop the three-dimensional model of a long-distance tunnel at a hydropower station.The results showed that under the internal water pressure,the stress of block segment lining is different from that of conventional cast-concrete lining,stress is concentrated at the bolt connection of segment,stress releases at the seam to cause the decreasing stress in other parts of segment,and the reinforcement concrete volume is greatly reduced compared with that of the overall cast-in-place concrete.Key words:diversion tunnel;lining;elasto-plastic model;finite element[BT2+*4][STHZ]1 工程基本资料新疆某水电站发电引水隧洞采用有压方式向下游输水,输水隧洞长39.53 km,圆形断面,洞径5.2 m,设计输水流量51.5 m3/s。
重力坝2D和3D工况对比
基于ANSYS的混凝土重力坝有限元分析——2D与3D工况分析之比较第一部分引言目前,ANSYS作为一种大型的商业有限元分析软件,已经广泛应用于土木工程、地质矿产、水利、铁道、汽车交通、国防军事等科学的研究之中。
在关于混凝土材料和结构的分析中,主要有混凝土基本力学性能的分析、钢筋混凝土梁板的分析、混凝土坝的分析等,但是,把混凝土坝的二维建模和三维建模进行对比分析很少见。
鉴于此,本文对混凝土坝进行了2D和3D有限元分析,以期为混凝土坝的设计和施工提供一些参考。
混凝土实体重力坝为当前采用较多的坝型之一,结构简单,施工方便,工作可靠。
在水压力作用下,依靠自重产生的抗滑力维持稳定,基本剖面呈三角形。
这种坝体断面尺寸大,材料用量多,坝体应力较低,使得材料强度不能充分发挥,因此,重力坝结构设计是重力坝设计的一项重要内容,它的任务是根据安全经济和应用等条件,通过分析计算,选择一个既满足稳定和强度要求,又使体积最小和施工方便的剖面形态和轮廓尺寸。
第二部分 大坝二维建模利用ANSYS 对坝体工程进行模拟分析,包括坝体工程力学问题的简化、前处理、加载与求解、后处理和计算结果的分析等。
2.1、简化求解方法问题的简化包括力学简化和位移简化,通过简化可以把三维的问题转化为二维求解。
通常处理的手段是根据弹性力学理论,将这种纵向比较长而横断面比较小的坝体结构简化为平面应变的模式进行分析,即认为坝体结构在纵向上是不变形的,没有位移,只在横断面方向产生位移,但是在纵向和横向都有应力产生,并且认为在横断面方向所产生的位移和应力是相等的。
这样进行的处理是近似处理。
由于边界条件的影响,在两侧河岸处的位移实际上比坝体中段要小。
不过在坝中段采用这样的力学简化是完全合理的。
位移边界的简化是将基础端视为固定端,因坝体嵌入岩基内,这样的简化是合理的。
2.2、坝体二维建模与内力分析假设某坝体的横断面尺寸如图1所示。
坝体材料参数E=2.25×104MPa ,泊松比3.0=μ。
矩形廊道在碾压混凝土重力坝中的应用
矩形廊道在碾压混凝土重力坝中的应用●赵铭荟许泾川/(中国水利水电第三工程局有限公司)【摘要】碾压混凝土重力坝中的廊道施工通常比较复杂,施工历时长,常常制约着大坝整体上升速度,因此,改进廊道施工工艺和施工技术对加快大坝整体施工进度显得十分重要,在几内亚苏阿皮蒂水利枢纽工程碾压混凝土重力坝施工中,采取了矩形廊道施工技术,为大坝快速上升赢得了时间,同时节省了工程投资,减少了施工投入,且安全文明施工也上升了一个新的台阶,值得同类工程参考与借鉴。
【关键词】矩形廊道碾压混凝土重力坝施工应用1工程概况苏阿皮蒂水利枢纽工程是几内亚境内KONKOURE河梯级开发中非常重要的一个梯级电站,电站设计装机450MW,年均发电19.27亿度。
该工程的建设不仅可以促进几内亚矿业发展、提高几内亚人民的生活水平,而且对提高下游已建成的凯乐塔水利枢纽工程发电效益有着非常重要的意义。
苏阿皮蒂枢纽水库总库容74.89亿m3,装机容量450MW,工程等别为Ⅰ等,工程规模为大(1)型,大坝为1级,发电厂房为2级。
拦河大坝为碾压混凝土重力坝,最大坝高116.5m,坝顶高程215.5m,坝轴线总长1148m,枢纽布置自左至右分别为左岸挡水坝段415.45m、厂房坝段97m、导流底孔坝段60m、泄洪底孔坝段25m、溢流坝段173.55m和右岸挡水坝段377m。
混凝土总量约360万m3,其中碾压混凝土约300万m3,常态混凝土约60万m3。
2坝体廊道设计2.1交通廊道设计为满足基础安全观测、检查和坝内交通的要求,坝体内设置了3层水平交通廊道,高程分别为107m、143m、179m,廊道间高差为36m。
107m 高程廊道位于大坝下游侧,距坝轴线51m,断面尺寸为2.5m×3.5m,143m高程廊道上游壁距坝体上游面6.25m,断面尺寸为2.5m×3.5m。
179m高程廊道上游壁距坝体上游面4m,断面尺寸为2.5m ×3.5m。
某重力坝溢流坝段应力变形有限元分析
某重力坝溢流坝段应力变形有限元分析作者:杨奇臻来源:《科技视界》2016年第27期【摘要】采用三维有限元法对某重力坝溢流坝段竣工、正常蓄水位、校核洪水位和地震工况的应力变形进行了计算分析,计算结果表明:各工况坝体水平和垂直位移自坝顶向下总体上呈递减的变化规律,最大水平位移为43mm(地震工况),最大垂直位移约18mm(竣工工况)。
坝体和坝基岩体的拉、压应力都在合理范围之内,最大拉应力为4.5MPa(地震工况),最大压应力为2.4MPa(校核洪水位工况)。
【关键词】重力坝;应力变形;有限元分析0 引言材料力学法和有限元法是规范[1]建议的两种重力坝应力分析方法。
有限元法相对于材料力学法的优点是可考虑复杂的几何边界、地基变形、材料的非线性应力应变关系、坝体孔口等对结构应力变形的影响[2]。
某水电站挡水建筑物为碾压混凝土重力坝,最大坝高80m,设3孔溢流表孔。
本文采用三维有限元法对该重力坝溢流坝段各典型工况的应力变形进行了计算分析。
1 有限元模拟范围及结构离散该重力坝溢流坝段三维有限元模拟范围为:横河向取25m,即一个完整坝段的宽度;顺河向以坝轴线为界上游取160m(2倍坝高),下游取320m(4倍坝高),建基面以下深度取160m(2倍坝高)。
结构离散中坝体混凝土及坝基岩体采用8结点六面体等参单元(含少量退化单元),整个计算域共剖分为21613个单元,25139个节点。
有限元计算模型位移边界条件:上下游侧、左右侧及底部边界均为法向零位移约束,上部边界为自由边界。
2 材料本构模型及参数坝身混凝土和坝基岩体的本构模型采用工程上常用的低抗拉弹塑性本构模型,在坝身混凝土和坝基岩体未发生拉破坏或塑性剪切破坏之前,可按各向同性的线弹性材料考虑。
坝基岩体的容重为22 KN/m3,弹性模量为5GPa,泊松比为0.3,内摩擦角为36°,粘聚力为0.3 MPa;坝体混凝土的容重为24KN/m3,弹性模量为27GPa,泊松比为0.17,内摩擦角为42°,粘聚力为1.1MPa。
某重力坝复杂廊道系统三维有限元结构配筋计算
某重力坝复杂廊道系统三维有限元结构配筋计算作者:杨磊倪绍虎来源:《农业与技术》2019年第01期摘要:基于大型通用有限元软件ANSYS强大的前处理功能,建立某重力坝复杂廊道系统三维有限元模型,模拟计算各工况下大坝位移及应力响应。
选取廊道环向应力极致所处断面,根据配筋计算“应力图形法”,对环向应力极致所处断面进行三维插值、应力积分,并运用规范方法计算各廊道的配筋参数。
计算成果表明,上述计算方法理论成熟,计算成果可用于大体积混凝土的结构配筋。
关键词:复杂廊道系统;有限元单元法;应力图形法;三维插值;应力积分1前言1.1问题的提出水工大体积混凝土中,从结构功能运用角度出发,不可避免的需要在大体积混凝土内部布设孔洞,如大坝电梯井、坝身泄洪孔、廊道系统等[1];孔洞的设置势必引起大体积混凝土产生局部应力集中现象,存在引发混凝土开裂的风险。
为科学、经济地对水工大体积混凝土中孔洞进行加固配筋,需有一种科学的计算分析方法。
对于重力坝而言,由于其各自坝段独立工作的特性,可选择复杂廊道所处坝段进行建模计算[2]。
对于拱坝工程所对应的下游二道坝结构,其坝身孔洞布置往往很复杂,从结构功能角度出发,其坝身布置有顺河向的排水连接廊道、阀室等,横河向的集水廊道、检修泵房、灌排廊道等,顺河向廊道与横河向廊道存在互通、交叉,这更加剧了廊道周边混凝土应力的复杂性,三维有限元计算则是重要的计算分析手段1.2工程简介某水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内,距巧家县城45km,上接乌东德梯级,下邻溪洛渡梯级,电站装机容量16000MW。
枢纽由拦河坝、泄洪消能设施、引水发电系统等主要建筑物组成。
工程为一等大(Ⅰ)型工程,挡水、泄水、引水发电等主要建筑物按1级建筑物设计,消能防冲建筑物按2级建筑物设计。
二道坝采用重力式混凝土坝,表面2m范围采用C9040混凝土、内部采用C18030混凝土,坝顶宽度为8m,上游坡为1∶0.6,下游坡为1∶0.8。
基于三维有限元的某重力坝应力变形特性分析
基于三维有限元的某重力坝应力变形特性分析乌日晗【摘要】重力坝作为主要坝型之一在人类筑坝治水历史长河中发挥着举足轻重的作用,特别是随着我国西部水电能源建设的飞速发展,将有一批高重力坝水电工程投入建设和运营,这些大坝均位于高山峡谷之中,工程规模大,地质环境复杂,其坝与地基稳定安全问题是须长期关注和解决的关键科学技术难题.本文采用三维有限元法分析了某重力坝正常工况下的应力变形特性,对其正常工作状态和应力变形规律进行了深入分析.【期刊名称】《吉林水利》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】4页(P32-34,55)【关键词】重力坝;应力;位移;有限元【作者】乌日晗【作者单位】辽宁省蓡窝水库管理局,辽宁辽阳 111000【正文语种】中文【中图分类】TV642.31 引言重力坝的历史非常的悠久,大约在公元前两千九百年,人类就建造了第一座重力坝。
但由于重力坝结构简单,安全稳定,到现在还在被广泛采用[1]。
重力坝是在上游水压力、下游水压力及坝基扬压力等荷载的作用下,主要依靠坝体自身重量产生的抗滑力来维持坝体的稳定,尽管该类坝型体积足够大,本身具有很强的稳定能力[1],但是由于各种原因,重力坝失事还时有发生。
大坝的失事往往会给国民经济和人民的生活水平造成比较大的影响,美国的圣弗朗西斯大坝,基础沉陷,坝体开裂严重,最终滑移崩溃,伤亡四百多人[2]。
美国奥斯汀大坝,坝基岩体中页岩泥化,坝体抗剪强度剧烈降低,引起坝基渗漏,导致坝体和坝基滑移,使整个坝体遭到毁灭性的破坏,给下游群众带来了灾难性的破坏[3]。
人类一直十分关注和重视重力坝的应力应变状态和坝体的抗滑稳定。
现今,人们对重力坝的抗滑稳定问题认识更深,提出了大量分析解决方法。
但是,由于很多因素都可以影响到大坝的抗滑稳定,而且这些因素中的有些因素还很难确定,到现在仍没有充分的理论依据,很大程度上还是依赖于工程师的工程经验。
因此,分析重力坝在正常运行过程中的应力变形特性、合理评价大坝工作性态对于长期安全运行是非常有必要的。
重力坝廊道周边应力有限元分析
重力坝廊道周边应力有限元分析孙建生;侯爱民【摘要】结合清峪水库重力坝工程设计廊道配筋研究课题,采用ANSYS有限元软件,建立考虑地基变形影响的坝体廊道平面有限元分析模型.通过计算分析,获得了廊道周边应力分布特性和基岩弹性模量对坝基灌浆廊道最大拉应力的影响规律.对比有限元与无限域中标准廊道的计算成果,得到了标准廊道计算成果的适用条件及其拉应力、拉应力合力随基岩坝体弹模比的关系曲线.%Combining with the design of Qingyu Gravity Dam and the research on gallery reinforcement, a 2-D finite elementmodel of dam galleries is build based on ANSYS and after considering the deformation of bedrock. The stress distributionsaround the galleries and the influence of rock elastic modulus on grouting gallery maximum tensile stress are paring the FEM results with the calculations of standard gallery in infinite plane, the limits on applying standard gallerymethod and the correction curves of tensile stress and force with the ratio of bedrock and dam body modulus are also givenherein.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2011(037)009【总页数】4页(P49-52)【关键词】重力坝;廊道;应力集中;有限元分析;清峪水库【作者】孙建生;侯爱民【作者单位】太原理工大学,山西太原 030024;太原理工大学,山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TV642;TV314(225)重力坝是水利蓄水枢纽工程中广泛采用的坝型。
重力坝溢流坝段有限元建模分析
重力坝溢流坝段有限元建模分析摘要:结合四川某重力坝坝址区地形地质条件,对其溢流坝段进行有限元建模,进行以下分析:(1)材料参数的选取;(2)计算工况及荷载组合。
关键字:有限元;计算工况;荷载组合;重力坝溢流坝段1工程概况重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物,其基本剖面是直角三角形,整体是由若干坝段组成。
重力坝在水压力及其他荷载作用下,主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。
该工程位于德跃镇—古蔺县城间古蔺河上,是以防洪和县城应急供水为主,兼顾生态环境供水的混凝土重力坝。
坝顶高程650.00m,最大坝高56.00 m,水库正常蓄水位647.50 m,设计洪水位645.56 m,死水位639.50 m。
该碾压砼重力坝位于弱风化基岩上,基岩体为侏罗系中统上沙溪庙组(J2S2)地层之泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、砂岩,局部夹泥质粉砂岩和砂岩薄层或透镜体,但基岩岩性软弱,强度较低,可能存在地基承载能力问题;碾压砼重力坝溢流坝段闸室采用弧形钢闸门挡水,闸门支绞牛腿及相邻闸墩部位的受力较复杂;灌浆廊道局部应力情况复杂等问题。
因此重力坝底板、灌浆廊道、闸墩、牛腿的受力配筋能否满足运行要求,对工程的安全性具有重要的意义,有必要对重力坝溢流坝段闸室结构、灌浆廊道的安全性进行相应的计算。
固针对工程区域的地形地貌和闸室的结构参数,建立三维有限元计算模型。
2计算模型与方法结合工程溢流坝段的设计资料(地层岩性、地质构造、基岩岩体力学参数、地基处理方案、灌浆廊道结构型式、荷载组合等),分析工程区域的地质环境和基岩工程特性,对地质原型进行合理概化,为计算模型的建立提供依据。
2.1有限元模型本次重力坝溢流坝段三维有限元计算选取重力坝、闸室结构和较大范围基岩岩体作为整体研究对象,其中计算模型铅直向底部取至437.50m高程,重力坝以下基岩厚度取124m;沿溢流坝轴线方向取3孔闸室(1#~3#闸),模型横河向宽度为25m,沿水流方向上游边界取至坝踵沿向上游延伸120m;下游边界取至坝趾向下游延伸114m。
16+20+16M刚构有限元计算、配筋报告
曲靖市中心城区“五纵五横”城市主(次)干道改造项目(含高铁片区站前广场及进场道路)—西河路(16+20+16)m钢筋混凝土连续刚架计算书计算 :校核 :(16+20+16)m钢筋混凝土连续刚架计算书一、基本设计资料1、设计依据:《公路工程技术标准》JTG B01——2003《公路桥涵设计通用规范》JTG D60——2004《城市桥梁设计规范》CJJ 11-2011《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62—2004《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166-2011)《公路工程技术标准》JTG B01--20142、桥梁跨径:(16+20+16)m3、设计荷载:城-A级。
4、结构重要性指数γ0=1.15、材料规格:6路面布置铺装层:13cm :车道数:3机动车道+3.5m 非机动车道+4m 人行道二、 模型简介本计算采用大型有限元分析软件MIDAS 建立空间模型进行有限元分析。
桥面板采用C50混凝土,墩柱采用C35混凝土,主筋采用HRB400钢筋。
模型桥面板采用板单元模拟,墩柱采用梁单元模拟,桥面板和墩柱刚性连接。
模型未建立翼缘板单元,将翼缘板极其上栏杆作为二期恒载考虑。
三、 荷载计算1、恒载1)一期恒载主要是梁体自重。
混凝土容重取26KN/m 3,按实际断面计取重量。
2)栏杆和沥青混凝土桥面铺装、绿化带仅作为二期恒载施加,不参与构件受力。
2、活载:1) 汽车设计荷载:城—A 级,3个车道面 2) 非机动车道荷载:5KN/m 23)人群荷载:3.0KN/m23、温度力·整体升温:按整体升温15℃考虑·整体降温:按整体降温15℃考虑4、强迫位移本桥桩基均为摩擦桩,支座沉降量按10mm考虑。
四、计算结果本计算采用板单元建模,对上述各种荷载工况进行了加载,考虑结构可能的最不利组合情况,由midas软件得出内力。
经比较,极限应力法和容许应力法计算结果基本一致,后者稍微更为保守安全,本计算报告按照容许应力法计算配筋。
某重力坝结构计算与断面优化
某重力坝结构计算与断面优化发布时间:2022-08-12T06:37:19.488Z 来源:《工程建设标准化》2022年第4月第7期作者:王利红安裕民[导读] 文章采用材料力学法对某水库重力坝进行了稳定及应力计算,并利用结构计算对优化断面进行复核,得出了最终设计断面。
王利红安裕民(安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司安徽合肥 230088)摘要:稳定及应力计算是大坝结构安全的依据,是水利工程安全运营的重要保证。
文章采用材料力学法对某水库重力坝进行了稳定及应力计算,并利用结构计算对优化断面进行复核,得出了最终设计断面。
关键词:重力坝断面设计结构计算1 引言重力坝的基本断面设计要满足以下原则:坝体的抗滑稳定要满足规定的安全系数;坝体的应力设计要满足规范要求;在规定的设计参数和施工条件下,大坝的基本断面面积要尽可能的最小化[1]。
对重力坝进行应力分析,是为了确定坝体在规定的各种工作条件下,坝体各部分的应力状态是否满足强度要求,是衡量重力坝是否安全的重要指标之一[2]。
常用的分析方法有理论计算和模型试验两大类。
中、小型工程,一般采用理论计算方法即可。
理论计算法包括材料力学法和弹性理论的解析法、有限元法,其中材料力学法是一种简便而较实用的方法。
2 计算方法介绍抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法按抗剪断强度公式计算,如下:(1)式中:为按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数;为岩体间的抗剪断摩擦系数;为岩体间的抗剪断凝聚;为坝基接触面截面积,m2;为作用在底板以上的全部竖向荷载(kN);为作用在建筑物上的全部水平荷载(kN)。
坝基应力计算公式:(2)式中:为坝踵、坝趾垂直应力,kPa;为作用于坝段上的全部荷载对坝基截面上的法向力的总和,kN;为作用于坝段上的全部荷载对坝基截面形心轴的力矩总和,kN·m;为坝基截面积,m2;为坝基截面上计算点到形心轴的距离,m;为坝基截面对形心轴的惯性矩,m4。
3 工程实例3.1工程概况某水库工程地处安徽省旌德县水阳江水系支流浣溪河上游,水库正常蓄水位218.00m,设计洪水位222.05m,校核洪水位223.47m。
大体积混凝土的三维有限元分析计算实例
大体积混凝土的三维有限元分析计算实例郭佳乐;温州【摘要】大体积混凝土施工,受力情况复杂,进行三维有限元分析计算十分必要.文章结合工程实例,通过有限元计算,对整个结构的受力进行全面的了解,可以检验目前施工方案布置的合理性、可靠性,并且通过ANSYSC程序进行有限元计算,为结构配筋、施工详图设计提供依据.【期刊名称】《黑龙江水利科技》【年(卷),期】2015(043)012【总页数】2页(P23-24)【关键词】大体积混凝土;三维有限元分析;ANSYS程序;单元;计算模型【作者】郭佳乐;温州【作者单位】黑龙江省水利水电勘测设计研究院,哈尔滨150080;黑龙江省水利水电勘测设计研究院,哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TU755某水电站升船机渡槽段全长85.45m(0+115.500~0+200.950),宽度20m(坝左0+175.400~坝左0+155.400)。
坝后厂房安装间顶板为1200圆弧拱(以下简称顶拱),顶拱尺寸:半径R=22.805m,跨度为39.5m,高度为11.403m,拱顶高程为361.500m,两端与边墙相连,安装间地面高程为280.740m,安装间地面至拱顶的高度为80.760m。
顶拱混凝土浇筑期间下方坝后厂房安装间也在同时施工,为确保顶拱下方坝后厂房安装间施工的安全以及该坝段整体施工进度要求,厂房安装间顶拱混凝土浇筑施工(下称渡槽段封拱施工)拟采用预制混凝土模板的施工方案,以便底部厂房安装间施工的同时继续浇筑顶拱以上混凝土。
本工程进行了120°全拱预制混凝土模板、180度全拱预制混凝土模板及120°半拱预制混凝土模板等三种布置,并着重对120°全拱预制混凝土模板方案进行详细研究。
选定了预制混凝土模板、移动样架及下部安全网的结构型式、对结构的强度和刚度进行了分析计算。
渡槽段封拱施工为大体积混凝土施工,受力情况复杂,进行三维有限元分析计算十分必要。
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图 2 7#坝段廊道三维布置图
2 有限元模型建立与网格划分
2������ 1 计算模型 采用三维有限单元法对二道坝 7#坝段坝体及廊道
进行计算ꎬ 坝体、 廊道结构及三维有限元模型见图 3 ~ 4ꎮ
计算中整体坐标系为: 顺河向为 X 轴ꎬ 指向下游 为正ꎻ 横河向为 Z 轴ꎬ 指向左岸为正ꎻ 竖直向上为 Y 轴ꎮ
图 1 7#坝段典型剖面图
基金项目: 国家自然科学基金项目 ( 项目编号: 51409265) ꎻ 浙江省自然科学基金项目 ( 项目编号: LY13E090003)
※农机水利 农业与技术 2019ꎬ Vol������ 39ꎬ No������ 01 8 5
对于重力坝而言ꎬ 由于其各自坝段独立工作的特 性ꎬ 可选择复杂廊道所处坝段进行建模计算[2] ꎮ 对于 拱坝工程所对应的下游二道坝结构ꎬ 其坝身孔洞布置 往往很复杂ꎬ 从结构功能角度出发ꎬ 其坝身布置有顺 河向的排水连接廊道、 阀室等ꎬ 横河向的集水廊道、 检修泵房、 灌排廊道等ꎬ 顺河向廊道与横河向廊道存 在互通、 交叉ꎬ 这更加剧了廊道周边混凝土应力的复 杂性ꎬ 三维有限元计算则是重要的计算分析手段 1������ 2 工程简介
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某重力坝复杂廊道系统三维有限元结构配筋计算
杨磊 倪绍虎
( 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司ꎬ 浙江 杭州 310014)
摘 要: 基于大型通用有限元软件 ANSYS 强大的前处理功能ꎬ 建立某重力坝复杂廊道系统三维有限元模型ꎬ 模
拟计算各工况下大坝位移及应力响应ꎮ 选取廊道环向应力极致所处断面ꎬ 根据配筋计算 “ 应力图形法”ꎬ 对环向
二道坝采用重力式混凝土坝ꎬ 表面 2m 范围采用 C9040 混凝土、 内部采用 C18030 混凝土ꎬ 坝顶宽度为
8mꎬ 上游坡为 1 ∶ 0������ 6ꎬ 下游坡为 1 ∶ 0������ 8ꎮ 二道坝内设 灌浆廊道、 排水廊道ꎬ 并与水垫塘排水廊道相通ꎬ 组 成水垫塘和二道坝统一的排水系统ꎬ 通过集水廊道连 接到岸边山体内的集水井ꎬ 并设专用水泵抽排ꎮ
某水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省 巧家县境 内ꎬ 距 巧 家 县 城 45kmꎬ 上 接 乌 东 德 梯 级ꎬ 下邻溪洛渡 梯 级ꎬ 电 站 装 机 容 量 16000MWꎮ 枢 纽 由 拦河坝、 泄洪消能设施、 引水发电系统等主要建筑物 组成ꎮ 工程为一等大 (Ⅰ) 型工程ꎬ 挡水、 泄水、 引 水发电等主要建筑物按 1 级建筑物设计ꎬ 消能防冲建 筑物按 2 级建筑物设计ꎮ
8 4 2019ꎬ Vol������ 39ꎬ No������ 01 农业与技术 ※农机水利
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
应力极致所处断面进行三维插值、 应力积分ꎬ 并运用规范方法计算各廊道的配筋参数ꎮ 计算成果表明ꎬ 上述计算
方法理论成熟ꎬ 计算成果可用于大体积混凝土的结构配筋ꎮ
关键词: 复杂廊道系统ꎻ 有限元单元法ꎻ 应力图形法ꎻ 三维插值ꎻ 应力积分
中图分类号: S27 文献标识码: A
DOI: 10������ 19754 / j������ nyyjs������ 20190115028
1 前言
1������ 1 问题的提出 水工大体积混凝土中ꎬ 从结构功能运用角度出
发ꎬ 不可避免的需要在大体积混凝土内部布设孔洞ꎬ 如大坝电梯井、 坝身泄洪孔、 廊道系统等[1] ꎻ 孔洞的 设置势必引起大体积混凝土产生局部应力集中现象ꎬ 存在引发混凝土开裂的风险ꎮ 为科学、 经济地对水工 大体积混凝土中孔洞进行加固配筋ꎬ 需有一种科学的 计算分析方法ꎮ
根据水垫 塘 的 运 行 方 式 及 二 道 坝 的 结 构 受 力 特 性ꎬ 拟定其较为危险的工况ꎬ 工况列表见表 1ꎬ 各工 况对应的上下游水位列于下表 2ꎮ
2������ 2 材料参数 坝体混凝土 C18030、 C9040 容重 c = 24kN / m3ꎬ 弹性模量 Ec = 24GPaꎬ 泊松比
v = 0������ 167ꎮ 基岩 不考虑基岩自重ꎬ 弹性模量 Ec = 10Gpaꎬ 泊松比
v = 0������ 24ꎮ 2������ 3 计算工况、 荷载及边界条件
二道坝按 2 级 建 筑 物 设 计ꎬ 结 构 安 全 级 别 为 II 级ꎬ 按百年一遇洪水设计ꎬ 千年一遇洪水校核ꎬ 其廊 道结构相对复杂的ꎮ 本文选取二道坝 7#坝段作为计算 分析对象ꎬ 7#坝段中布置有顺河向的 EP4 排水廊道、 阀室ꎬ 横河向的阀室连接廊道、 EP1 灌排廊道、 检修 泵房、 右岸集水廊道ꎬ 7#坝段的典型剖面图间图 1ꎬ 廊道三维布置图见图 2ꎮ