大坝ANSYS

重力坝三维仿真分析

重力坝是由混凝土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，整体式由若干坝段组成。重力坝主要为修筑水电站之用。

重力坝的荷载主要有：自重、水压力、扬压力和地震荷载

水压力：作用在坝面上的静水压力可按静水力学原理计算，分为水平及垂直两个方向；溢流重力坝泄水时，由于动量守恒，溢水面上会产生动水压力。

静水水平力为

=

=

静水垂直力为

=

=

m、n为上、下游坝面坡度。

扬水力：混凝土内存在着空隙，坝基岩石本身的空隙率很小，但存在着节理裂缝，这就导致在水库蓄水后，在上、下游水位差的作用下，库水会经过坝体及坝基渗下下游，不但造成库容损失，还会引起渗透压力，使坝体的有效重量减少。

库水经坝基向下游渗透时，渗透水流沿程受到阻力，造成水头损失。上游坝踵处的扬压力强度为γ ，下游坝址处的扬压力强度为γ 。通常假设从坝踵到坝址呈直线变化。图中矩形部分是下游水深 形成的上举力，即浮托力；三角形部分是由上、下游水位差形成的渗透水流产生的上举力，即渗透压力。坝底扬压力是托浮力与渗透压力之和。

问题的描述

建模步骤如下：

设置文件名为Dam。

定义分析类型。指定分析类型为Structural，程序分析方法为h-method。!!! 定义相关变量。

h=180

h1=100

h2=80

gm=1000 !!!水位相对密度

fial=90-atan(0.75)*180/3.1415926 !计算下游斜面夹角

fia2=90-fial !计算坐标旋转角度

!定义单元类型及材料属性

/prep7

et,1,plane42

et,2,solid65

et,3,solid45

!1号材料

mp,ex,1,2.85e10 !100米以下混凝土的材料特性

mp,prxy,1,0.167

tb,conc,1,1,9,

tbdata,,0.3,1,1.96e6,22e6 !张开剪切传递系数为0.3，抗拉强度fc=1.96e6pa，抗压强度fs=22e6pa

mp,dens,1,2400

!2号材料

mp,ex,2,2.6e10 !100米以上混凝土的材料特性

mp,prxy,2,0.167

tb,conc,2,1,9,

tbdata,,0.3,1,1.2e6,17.5e6

!张开剪切传递系数为0.3，抗拉强度fc=1.2e6pa，抗压强度fs=17.5e6pa

mp,dens,2,2400

!3号材料

mp,ex,3,2.9e10

mp,prxy,3,0.3

mp,dens,3,2600

!建立断面模型。先建立5个小面和1个大面，再进行布尔操作得到7个面的几何模型

k,1

k,2,0.9*0.75*h+0.1*h

k,3,0.1*h,0.9*h

k,4,,0.9*h

l,1,2

l,2,3

l,3,4

al,1,2,3,4

rectng,,0.1*h,0.9*h,h !画坝顶矩形rectng,-1.5*h,0,-2*h,0 !坝基左面矩形rectng,0,0.9*0.75*h+0.1*h,-2*h,0 !坝基正下方矩形rectng,0.9*0.75*h+0.1*h,(2+0.9*0.75)*h,-2*h,0 !坝基右面矩形rectng,-1.5*h,(2+0.9*0.75)*h,-2*h,h !总矩形

aplot

!对断面进行布尔操作。使用布尔操作中的重叠技术，即将分离的同等级对象(线段、面积、体积等)变为数个对象的连!续体，其中对象所有重叠边界所围成的区域都自成一个对象。

aovlap,all !将面单元进行粘贴布尔操作

/pnum,line,1 !打开面，线的号码开关

/pnum,area,1

nummrg,all

numcmp,all

aplot

!对面进行网格划分

!划分3号面的网格，对应于坝体的顶部

lsel,s,,,3,5,2

lesize,all,,,5

lsel,s,,,12,13,1

lesize,all,,,2

amesh,3

!划分1号面的网格，对应于坝体的下半部分

lsel,s,,,2,4,2

lesize,all,,,18

lsel,s,,,1

lesize,all,,,5

amesh,1

eplot

!划分2号面的网格，对应于坝体的正下方基岩

lsel,s,,,11

lesize,all,,,5

lsel,s,,,9,10,1

lesize,all,,,8,4

amesh,2

!划分4号面的网格

lsel,s,,,14

lesize,all,,,5,4

lsel,s,,,7

lesize,all,,,8,4

lsel,s,,,6

lesize,all,,,5,0.25

amesh,4

eplot

!划分5号面的网格

lsel,s,,,15,16,1

lesize,all,,,8,4

lsel,s,,,8

lesize,all,,,8,0.25

amesh,5

eplot

!在对剩余部分的几何面划分网格之前，需要先将相关的部分线段组合在一起，以形成由四条边构成的四边形，然后再划分网格，完成后必须将!组合线段删除。!连接4号线和13号线，同时划分7号面的网格

lsel,s,,,4,13,9

lccat,all

lsel,s,,,19

lesize,all,,,5,4

lsel,s,,,20,21,1

lesize,all,,,20

amesh,7

eplot

!连接2号线和12号线，并划分6号面的网格

lsel,s,,,2,12,10

lccat,all

lsel,s,,,17

lesize,all,,,8,4

lsel,s,,,18,22,4

lesize,all,,,20

amesh,6

eplot