永定桥碾压混凝土重力坝孔口应力三维有限元分析

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1、第32卷第6期华北水利水电学院学报V01．32No．62011年12月JournalofNoAhChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerDCC．2O11文章编号：1002—5634(2011)06—0042—03永定桥碾压混凝土重力坝孔口应力三维有限元分析姚帅强，路遥，田华祥(1．华北水利水电学院，河南郑州450011；2．黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州450003)摘要：应用ANSYS软件对永定桥碾压混凝土重力坝4坝段进行拟静力计算，分

2、析了泄洪中孔在正常蓄水位和校核洪水位工况下的应力分布情况，重点分析了在地震作用下的应力分布情况，得出泄洪中孔在地震作用下的应力分布规律基本上与正常蓄水位的应力分布规律一致，量值略大，为泄洪中孑L的配筋及结构优化提供了依据．关键词：重力坝；拟静力；泄洪中孔；正常蓄水位；地震作用永定桥坝址位于飞水沟口下游较狭窄的“u”型性的均质弹性体．此次计算按线弹性理论进行结构峡谷河段，河流总体由近东西向转为近南东向流经体计算分析．坝址区，两岸地形呈上缓下陡的地貌形态，左岸以1．1计算模型的建立1540．00m高程为界，下部

3、地形为凹向山内的悬崖选取4坝段进行建模，地基深度取大约1．5倍状陡壁，上部地形平缓，一般地形坡度10。一20。；右的坝段高度，地基上、下游长度分别取大约1．5倍的岸以1530．00m高程为界，下部地形坡度70。一坝段最大宽度，建模时实际向上游延伸100m，向下80。，上部地形坡度25。～35。．坝址两岸上、下游均有游延伸200m，总长为300m．坐标系规定为：为顺沟谷切割，尤以左岸下游石棕材沟切割较深．枯水期河向，指向下游为正；Y为竖直方向，向上为正；Z为河床水面高程约为1448．52m，宽约13—15m．

4、坝横河向，左岸指向右岸为正．模型的左右边界为水平址两岸谷坡陡峻，基岩裸露，谷底及两岸由志留系罗方向位移约束，前后边界为竖向位移约束，底面为3惹坪组细晶白云岩及砂质灰岩组成，地层产状平缓，个方向的约束．模型前处理采用大型商业软件AN-岩体较完整，强度较高．SYS，选取solid95和solid45单元，对重点研究的部坝址控制流域面积142．7km．水库正常蓄水位进行网格加密．其中4坝段计算区域总共剖分位1543．00m，校核洪水位1544．51m，死水位8452个单元，节点总数为18482个．上部坝体为自15

5、05．00In．碾压混凝土重力坝最大坝高123m，建由变形边界．4坝段和中孔有限元网格分别如图1筑物级别为2级．和图2所示．1．2计算工况及其荷载1数值计算①工况1：正常蓄水位泄洪中孔工作闸门挡水工永定桥碾压混凝土坝泄洪中孔布置在4坝段况．上游水位1543．0m，下游相应水位为1448．5m，中部，宽3m，高5m，取4坝段进行泄洪中孔的三维泄洪中孔充满水；②工况2：校核洪水位泄洪中孔工有限元应力分析计算．考虑到实际动力分析的复杂作闸门挡水工况．上游水位1544．51m，下游相应水性以及计算结果的实用性和有效

6、性，在此，计算采用位为1453．15m，泄洪中孔充满水；③工况3：正常拟静力法．鉴于此，采取了一些被实践证明合理蓄水位加上地震荷载，取工作闸门挡水时情况进行可行的假设，即：坝体混凝土和基岩视为分区各向同计算．收稿日期：2011—08—28作者简介：姚帅强(1985一)，男，河南偃师人，硕士研究生，主要从事水工结构方面的研究第32卷第6期姚帅强，等：永定桥碾压混凝土重力坝孔口应力三维有限元分析43图14坝段有限元网格图2中孔有限元网格计算荷载有静荷载、动荷载和温度荷载．静荷载增加，上下角点处量值范围约为2．7

7、7～3．80MPa：包括：①坝体自重；②静水压力；③扬压力；④中孔金其余方向的应力量值较小，且多为压应力．应力等值属结构自重．动荷载包括：①动水压力；②地震惯性线可参考图4及图5．力．混凝土性能参数见表1．2)对于工况2，泄洪中孑LZ向的正应力较大，其余方向的正应力和剪应力均不大，在泄洪中孔进水表1混凝土的性能参数口的4个角点处产生较小范围的拉应力集中．另外，在出水口顶面的中间也产生拉应力集中以及顶面与检修闸门槽相连接的地方也产生一定的拉应力集中，最大值为1．57MPa，应力等值线如图3所示．泄洪中孔在坝内

8、部分z向应力量值很小，范围为0．2O一0．36MPa．混凝土线膨胀系数取7×10(1／℃)，地基参数选取与混凝土(C15)的参数相同，线膨胀系数为7×10(1／~C)．A=—722oo6F=749673B=-525oo2G=-964028地震设计烈度为8级，水平向设计地震加速C．_ll5O86H=0．129E+07／9=-234O07I=0．156E+o7度代表值a=201cm／s，竖向地震加速度代表值D=358