挪威萨乌斯佛森混凝土拱坝设计

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1、2016年9月水利水电快报EWRHI第37卷第9期文章编号：1006-0081(2016)09-0022-05挪威萨乌斯佛森混凝土拱坝设计[挪威]J．林德马克等摘要：在挪威萨乌斯佛森双曲拱坝的设计中，三维有限元模型的重要性得到充分体现。该模型可以精确模拟结构的几何体型，并采用合适的方法模拟边界条件。鉴于此，阐述了采用常用的Ansys有限元软件和新近开发的Mulficom软件设计和分析萨鸟斯佛森拱坝结构的优势，并介绍了坝基处理、建基面及混凝土浇筑等施工工艺。同时，对萨鸟斯佛森坝体型优化设计开展了研究，最终得到双曲和单曲拱坝设计成果，可节约

2、数百万投资额。关键词：双曲拱坝；坝设计；坝体渗漏；施工措施；萨鸟斯佛森拱坝；挪威中图法分类号：Tv642．42文献标志码：A萨乌斯佛森(Sarvsfossen)双曲拱坝位于挪威东前进行了补充地质勘察。通过建立三维块体模型分阿格德尔郡的比克勒(Bykle)地区，于2014年9月析了坝肩岩体的稳定性，确定大坝采用非对称布置，建成，坝高50m，施工总工期约2．5a。该拱坝属于相对原方案仅作了较小调整。坝体有限元几何模型布鲁克一诺，德／索尔(BrokkeNord／Scr)项目的一部见图1，图中右侧剖面图截取于坝体中部最大坝高分，大坝位于奥特拉河

3、上，该河向南流经塞特斯达勒处。大坝建基面最低高程为590m，坝顶高程为633(Satesdalen)山谷。萨乌斯佛森项目主要由大坝、厂m。随后，采用先进的分析和设计软件，对调整后的房、长20km的输水隧洞及7个取水口组成。新建方案进行了详细设计结果表明，萨乌斯佛森坝无的斯卡吉(Skarg)水电站装机容量为33MW，年发电需采用河床锚固措施，可依靠其自重和双曲体型，将量为69GW·h，加之下游已建成电站的发电量，每荷载作用传递到两岸坝肩和河床基岩。简言之，大年向区域电网输送电量达175GW·h。坝拱形结构能将水荷载很好地传向两岸坝肩。自2

4、0世纪80年代阿尔塔(Aha)坝建成以来，萨乌斯佛森坝是挪威建成的最大混凝土拱坝，其建造风格独特，坝体厚度由底部的6．5nl逐渐向上变窄，在高程43m处为2．3m，坝体混凝土总量约为1．9万m，沿坝顶布置长145m的混凝土桥，该桥连接西部的比克勒社区和东部斯塔伍勒斯(Stavnes)的乡村地区。作为奥特拉上游水电开发的一部分，萨乌斯佛图1坝体结构有限元模型森双曲拱坝的结构体型早在20世纪80年代就已确定。2011年该方案获批，在随后的招标和采购协议1有限元分析和设计阶段，未对大坝的基本设计进行过优化和调整。为确定开挖和灌浆方案，选择合理

5、的建基面，工程开工常用的有限元软件Ansys和混凝土设计后处理收稿日期：2016-05-20·22·[挪威]J．林德马克等挪威萨乌斯佛森混凝土拱坝设计软件Muhicon(由Muhiconsult公司开发)已在海洋1．1．4荷载及其组合工程中应用数年，效果较好。目前这类分析软件正在有限元模型中，不同荷载工况的计算结果不广泛应用于大坝设计。典型的Ansys和Multicon设是采用叠加原则通过线性组合获得总荷载，因为对计过程包括2个主要步骤：①Ansys有限元分析；②于采用接触单元模拟可能的滑动或抬动而言，这是基于Ansys有限元分析结果，

6、在Muhicon后处理中不可能的。因此，在有限元分析中，必须通过逐步生复核坝体的响应和混凝土设计。成荷载矢量来生成荷载组合。对于坝体结构，这种方法包含以下步骤：①施加永久荷载，在这种情况1．1Ansys有限元分析下，不同结构单元的惯性荷载即自重，在这一步中，荷载系数由零线性变化至l；②第1步的荷载维持在Ansys中建立精确的坝体结构模型，整体模荷载系数1不变，水压力、冰荷载和温度荷载等其他型中未包括的坝顶桥梁结构采用其他有限元软件模外部荷载，施加的荷载系数由零线性变化至1。拟，这里不详细讨论。采用这种方法，通过迭代分析过程将所有荷载1．

7、1．1材料模型进行组合，直到所有加载子步收敛。基于最终的内鉴于坝体大部分混凝土处于受压状态，即横断部应力状态，采用Muhicon计算每个单元的所有壳面主应力的典型状态为全断面受压，为了更好地模体内力，下文中将进行详述。拟坝体的真实结构特性，在有限元模型中，采用线弹参照2015年《挪威水资源和能源指导手册(混性各向同性模型模拟基岩和坝体结构。在Muhicon凝土坝)》，选取包括加载系数在内的荷载组合原中，采用非线性壳体理论进行混凝土设计。则。本文阐述了挪威设计标准在混凝土结构中的应根据挪威混凝土标准(NS3473)之《混凝土设用，同时指出

8、应特别关注荷载系数等因素。计与细部构造》准则，混凝土强度等级采用B35，材挪威大坝规范为2008年《混凝土结构设计》，料系数采用1．4，典型设计抗压强度采用该规范参考欧洲通用标准2。萨乌斯佛森坝混凝土19．