基于ANSYS的重力坝分析

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1、158科技研究城市道桥与防洪2012年11月第11期基于ANSYS的重力坝分析李守华(西北民族大学，甘肃兰州730030)摘要：采用ANSYS结构分析软件，对某混凝土重力坝进行有限元分析，得到了一些有用的结论，有关经验可供其他类似工程参考。关键词：重力坝；有限元法；ANSYS；位移；应力；反力中图分类号：TU435文献标识码：A文章编号：1009—7716(2012)11-0158—03化为平面应变的模式进行分析。计算分析的水位0引言为60m。坝体的断面见图1。重力坝是一种古老且在工程中应用广泛的重要坝

2、型，主要依靠坝体自身重力来维持坝身的稳定。岩基上重力坝的基本坡面呈三角形，上游面通常是垂直的或稍倾向下游的三角形断面。重力坝具有施工方便，便于机械化施工等优点。大坝的安全可靠直接关系到其下游千万人的生命和财产安全。因此，如何保证结构安全可靠，一直是设计和施工人员关心的首要问题。对于这样重要而影响因素复杂的建筑结构，传统计算方法如材料力学法在计算时有诸多简化，从而不能较全面地分析各影响因素对坝体应力的影响。而采用试验来模拟成本太高，周期太长，难以通过改变试验参数进行设计及优化，而且许多复杂情况无法用试验进

3、图1坝体尺寸(单位：m)行模拟。现在普遍采用的方法是数值模拟技术即计算机仿真，其中以ANSYS有限元软件的应用最1．2数值模型及网格划分为普遍。有限元分析采用ANSYS单元库中PLANE42单元，它可用作平面应变单元，有4个节点，每个1数值模拟节点有两个自由度(x方向和y方向位移，坐标系x1。1坝体基本资料及其简化轴正向指向下游，Y轴正向指向坝顶)。映射法划分本次进行力学分析的坝体为混凝土重力坝，的单元对于计算是比较理想的，不容易出现奇异坝身及坝体基础的混凝土的设计强度等级均为为点，能够进行正常的求解。

4、因此，模型选用四边形C20。坝体的两侧嵌入河流两岸的岩石中，坝体的映射网格划分，有限元模型见图2。此外，对模型施基础也嵌入基岩中。加边界条件，例如重力及静水压力。在采用有限元程序进行坝体工程力学分析时，如果按照真实的坝体模型进行分析，是一个三维问题，耗费分析的计算机资源，有时候也难以得出比较理想的结果。通常采用的办法是将坝体工程这种特殊的力学问题进行力学简化，用比较少的计算机资源进行有限元求解分析，其结果可以满足工程设计的要求。根据弹性力学理论，可将纵向较长而横截面较小的三维的坝体力学问题，简收稿日期：

5、2012—07—16作者简介：李守华(1977一)，男，青海西宁人，讲师，从事土木工程教学与研究工作。图2坝体有限元网格划分160科技研究城市道桥与防洪2012年11月第11期和强度验算，以及在验算结果的基础上提出了相应^NN0DALSOLUT10NSTEP=1JUN02：4192：02122的处理措施来完成重力坝的设计。SUB=100§D{M雌X=．0091(2A2vG)此外，具体分析中本文采用映射法划分单元的Sm=一166792S姒：304E+07方法，该方法划分的单元对于计算是比较理想的，不容易出

6、现奇异点，能够进行正常的求解。而自由法划分的单元对于计算是不利的，容易出现奇异点，将导致求解不能正常进行。因此，在进行重力坝设计的分析计算时，建议采用映射法划分单元。一l00，z0qDbSb．JzOUIl，E’uf．Zbg~+Ul上述分析表明，应用ANSYS程序分析重力坝Damseis慧1v。。·。E+o7。。+o。。4E+0的方法能够迅速、直观的表现大坝的应力、变形及图8第一主应力云图反力等，对于重力坝的设计与计算具有明显的优越使工程的造价较合理，可以采取局部提高混凝土的性及良好的应用前景。等级或配置

7、钢筋等措施的办法。限于篇幅，本文不再对采取相应处理措施后的参考文献坝体进行分析计算。具体处理方法为：改变有限元[1]ANSYSAdvancedAnalysisTechniquesGuide[M]．ANSYSInc．模拟计算的相应材料参数，进行重新分析计算，得[2]徐芝纶．弹性力学简明教程[M】．北京：高等教育出版社，1983．【3]博嘉科技．有限元分析软件一ANsYs融会与贯通[M]．北京：中国出应力结果再与规范中的设计强度值进行比较，直水利水电出版社，2002．到满足设计要求为止。【4】叶先磊，史业杰

8、．ANSYS工程分析软件应用实例[M]．北京：清华大学出版社，2004．4结语与建议[5]李权．ANSYS在土木工程中的应用【M】．北京：人民邮电出版社，2005．本文以ANSYS在坝体工程中的应用为例，介[6]叶裕明，刘春山．ANSYS土木工程应用实例[M]．北京：中国水利绍了如何将土木工程问题进行力学简化，并采用大水电出版社，2005．型通用有限元程序ANSYS进行模拟分析。结果包[7]GB50010—2002，混凝土结构设计规范[S]