ALGORFEAS程序进行大坝平面应变有限元分析

AL GOR FEAS 程序进行大坝平面应变有限元分析

●王其武

(甘肃省水利水电勘测设计研究院　甘肃兰州730000)

摘　要:Algorfeas 软件为用户提供了强大的实体建模及网络单元划分工具,通过人机对话建立模型,进行计算,其方法简单、结果直观、精度高,为用户提供模型内,个节点的应力值、位移值及所需各个方面的应力、变位值,帮助设计人员安全设计大型水工建筑物。

关键词:Algorfeas 软件　应力变位　荷载工况中国分类号:TV214 文献标识码:B 文章编号:1004-8863(2001)09-0106-03一、软件与工程

11Algorfeas 软件简介

Algorfeas 软件是一个综合性的大型软件,它涉及到结构分析、场分析、粘性流体动力学分析,多钢体运动学/动力学分析等,特别是它还包括一个独特的、功能强大的有限元专用的CAD 系统———ViziCAD ,是一个专门用于有限元分析的系统。它提供了一个人机对话环境,使人们可以用多种方法自动或半自动地构造复杂的有限元模型,并且可用各种方式,从各种角度来观看检验构成的有限元模型图象;同时可对计算结果进行图形与文字的后处理,使人们在环境中直观而形象的观察计算结果,诸如位移、各种应力分量等;还可以进行各种计算结果的彩色等位线或彩色色调的量的连续分布图的显示等。

21九甸峡水利枢纽工程简介九甸峡水利枢纽属于二等工程,大坝为一级建筑物,正常水位为220010m ,校核洪水位为220215m ,死水位为216410m ,总库容8197亿 。大坝为碾压混凝土重力坝,最大坝高17611m 坝顶长257146m ,重力坝由挡水坝段、中孔坝段和溢流坝段组成。上游坡比为1∶0125,下游坡比为1∶0175。

二、坝体应力计算本次计算是对优化设计所确定的最高溢流坝段、岸边挡水坝段两个剖面进行平面应变的有限元应力分析,挡水建筑物按“正常蓄水位220410m ”设计的原则设计。计算过程考虑了基础岩体的影响,计算程序用AL GORFEAS 软件,计算工作在Z BmPC486机上进行。

11计算工况

(1)220410m 蓄水位时,大坝承受的基本荷载组合。既:静水压力+坝体自重+泥沙压力+风浪压力+扬压力

(2)校核洪水位时,大坝承受的特殊荷载组合。既:静水压力+坝体自重+泥沙压力+风浪压力+扬压力+地震荷载

(3)220410m 蓄水位时,大坝承受的基本荷载组合迭加地震荷载。既:静水压力+坝体自重+泥沙压力+风浪压力+扬压力+地震荷载

动水压力本次计算未计入。2.计算荷载

(1)静水压力。上游静水压力按三角形分布,计算公式P =1/2×γh 2。γ:水的容重。H :相应正常设计、校核情况下的上下游水深。

(2)坝体自重。坝体砼容重取214t/ 。—

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01—工程技术 《发展》专辑　2001・9

(3)泥沙压力。泥沙压力按下式计算:PN =1/2γn h n 2tg 2(45.-

γn :　泥沙浮容重。h n :　坝前淤沙深度,五十年淤沙高程2107150m 。<:　淤沙内磨擦角,取20.。

(4)风浪压力。采用官厅水库公式计算:PN =γ(L 1+2h 1+h 0)L 1/2-γL 1/2,

h 0=4

πh 12/2L 1,2h 1=010166v 5/4/d 1/3,2L 1=1014(2h 1)018。V :库面上的风速(m/S ),D :水库的波浪吹程,2h 1:浪高{m},2L 1:波水(m ),h 0:波浪中心线至水库静水位的高度。

(5)扬压力。本次计算未考虑抽排降压措施,扬压力计算时,只考虑主帷幕处扬压力折减。

(6)地震荷载。坝址地震基本烈度为7。,重力坝设防烈度为8。。按拟静力法计算地震荷载(见《水工建筑物抗震设计规范》

)水平向地震惯性力:Q h =K H FWC Z ;式中:F 地震惯性力系数F =115,K H 水平向地震系数K H =012,C Z 综合影响系数C Z =0125,W 产生地震惯性力的建筑物总重量。

竖向地震惯性力:Q V =015K V C Z FW ,K V :竖向地震系数K V =2/3K H 。水平向与竖向地震遇合系数采用015,地震动水压力及地震动土压力未计入计算。

三、计算模型的建立

重力坝计算模型的建立为两部分:11坝基础岩石的模型建立,考虑到重力坝基础的受力影响范围,认为坝体上下游170m 及坝基220m 范围以外的岩石不受重力坝的影响,不产生任何的变位,岩石的变形只在上述区域内;将该区域用四边形划分网络单元,网格单元的划分由计算机自动进行,同时在区域边界四周加上固定约束。21坝体模型的建立,考虑到坝体内廊道对坝体应力的影响,在坝体区域内生成三角形网格单元时将有廊道的部分考虑在内,单元的数目可根据要求,由计算机自动在该区域内生成。在生成好的坝体模型上,加上所需计算工况下的各种荷载,荷载添加在相应部分单位的节点上。将坝体模型及坝基础模型相互粘接,通过计算机的编译,完成计算模型的建立,并进行相应工况的计算。

四、计算成果及分析11坝体变位

计算两个剖面各工况特征点的变位情况列于下表。

坝体特征点的变位值

代表坝段

计算工况坝体位移特征点

坝顶上游面

坝顶下游面坝　踵

坝　址

u

v u v u

v u

v 最高

溢流

坝段剖面(1)3718

-25183515-28187161-181763164-2514(2)3818-241953617-28117139-18143132-2511(3)49171-2212546193-261688141-171664145-26122挡水坝段剖面

(1)15162-1318415162-15143132-91752106-11188(2)18123-1219318121-151123141-91512116-11187(3)

24149

-11113

24149

-14164

3171

-9117

2149

-12121

溢流坝段在220410m 蓄水位运行期,坝顶向下游变位3178 ,坝踵向下游变位0176 ;在地

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