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基于有限元分析法的重力坝安全性分析

发布于:2016-03-30 21:19
有限元分析

      由于混凝土并非理想的弹性连续体,而地基岩体更非连续介质。故弹性力学有限元分析法反映坝基、角缘的应力集中是失真的,不再适用规范中的设计准则。因此无法根据有限元应力结果判断重力坝设计剖面是否满足设计要求。
      为了确定有限元应力分析的控制标准。使有限元结果定性化并和设计准则配套。对此已有大量研究成果大坝静态设计已经或正在突破有限元应力角缘应力集中效应的限制。混凝土重力坝设计规范已将建基面垂直拉应力区长度作为控制标准。因此,为了实现水工建筑物抗震设计规范与混凝土重力坝设计规范相呼应。探讨在地震荷载作用下应用有限单元法作为大坝抗震安全评价基本方法的可行性和途径尤显必要。傅作新等提出了有限元等效应力法,并将其应用于拱坝的应力分析,为有限元分析结果规范化提供了一种思路。李同春等发展完善了有限元等效应力法,并将其应用于实际拱坝工程中。
      混凝土拱坝设计规范也将有限元等效应力法作为拱坝强度校核的基本方法,本研究采用有限元等效应力法对重力坝进行应力分析,将重力坝有限元应力沿建基面积分,用得到的内力。集中力和力矩来计算建基面上的等效应力,利用有限元法、材料力学法和等效应力法对三种坝高的重力坝断面形式进行了静力计算和分析,探讨了有限元等效应力法在重力坝应力分析中的适用性,将有限元等效应力法用于处理线弹性有限元动力时程分析的计算结果,并采用现有的规范标准评价了坝体的安全性。
      计算重力坝变形时,材料力学法将坝体视为固定在基础上的悬臂梁来处理,认为坝体变形满足平截面假定。在这个假定下,坝体水平截面上的正应力J呈直线分布,由于岩体和坝体材料具有一定的塑性和徐变性质,在自重、静水压力等长期荷载作用下,建基面应力会发生重分布,使应力接近于直线分布状态。因此,采用水平截面假定计算出的结果大多数情况能满足设计要求有限元等效应力法采用与材料力学法相似的假设,取坝体建基面横截面为研究对象,假定建基面上的正应力为线性化分布,将坝体简化成平面问题进行研究。
      根据建基面上垂直正应力呈线性分布的基本假定,用有限单元法求出重力坝坝体的各个应力分量后,将相关应力分量沿建基面进行积分,求出建基面上的轴力和弯矩,利用材料力学偏心受压公式求出建基面上的垂直应力。采用有限元法对重力坝进行应力分析时,在上下游方向将重力坝模型划分单元个数较多,可直接将得到竖向应力沿建基面积分来计算图中的轴力和弯矩建基面内力通过有限元应力结果直接积分得到,能够满足建基面上的静力平衡条件。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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