基于ANSYS的混合线型拱坝等效应力计算-论文.pdf

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1、第46卷第12期人民长江Vo1．46，No．122015年6月YangtzeRiverJune，2015文章编号：1001—4179(2015)12—0004～04基于ANSYS的混合线型拱坝等效应力计算梁建，刘铨鸿2，张超2，李荣(1．安徽省(水利部淮委)水利科学研究院，安徽合肥230088；2．西北农林科技大学，陕西杨凌712100；3．BauhausUniversityWeimar，Weimar99423Germany)摘要：在拱坝应力分析中，有限单元法在计算理论上优于拱梁分栽法，并已经广泛应用于拱坝的仿真计算和应力分析

2、。但在弹性理论下，有限元法应力计算结果与所采用的单元类型存在密切关系，且近基础部位存在着严重的应力集中现象。为了解决这一问题，一些学者提出了等效应力法作为改进，但由于拱坝线型不同，采用的参数计算方法亦不同。因此，对混合线型拱坝等效应力计算方法作了进一步改进，即只需输入混合线型拱坝的参数便可得到6种线型拱坝以及介于这6种线型之间的各种拱坝的等效应力。将该方法得到的等效应力计算结果与拱梁分载法的计算结果进行了对比，验证了其准确性和实用性。关键词：拱坝；等效应力；混合线型；有限单元法；拱梁分栽法中图法分类号：TV642文献标志码：A

3、DOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．12．002在拱坝应力分析中，有限元法不仅可以考虑拱坝力计算作为宏，但是计算中需要人工输入上下游控与地基的整体作用效应，而且能进行各种复杂条件下制点的坐标，并且应用仅限于六面体单元。武亮运用的应力计算。但其计算成果与所采用的单元类型和单路径运算映射计算局部应力，使用数组保存积分点元密度有很大关系，并且在近基础部位存在明显的应坐标和相应的应力值，然后对数组做数学运算，其运算力集中，这给应力结果的评价及应力控制标准的确定量也相当的大。宋佩峰采用的积分运算考虑了积

4、分路带来了困难，因此目前拱坝体形设计仍主要是基于传径，但是定义了从局部坐标原点到上下游面两点的统的拱梁分载法。两个路径，因此需要先进行两次积分运算，再做求和才针对拱坝在用有限元分析中出现的应力集中现能算出截面的内力。象，傅作新提出了有限元等效应力法¨，并且《混凝土本文根据拱坝有限元等效应力计算的原理，基于拱坝设计规范》(SL282—2003)也明确规定“用有限元ANSYS自带的参数化设计语言APDL，实现了混合线法计算时应补充计算有限元等效应力”。李同春等改型拱坝的有限元等效应力计算。并以混合线型拱坝模进了拱坝等效应力分析方法

5、，该方法假定拱、梁方型为基础，通过变换不同参数，即可得到其他6种线型向上的正、剪应力在拱、梁截面上的面单元内呈双线性以及介于它们之间的各种线型拱坝的等效应力，并且分布，从而导出了基于截面约束内力求解等效节点应实现了四面体单元和六面体单元等效应力的计算。力的公式，在此基础上得出拱、梁向应力为直线分布时1混合线型拱坝的体型模型的上下游面等效应力的求解方程和主应力求解公式。另外，也有学者假设应力分布呈二次曲线，在坝体剖面几种常见线型的拱坝曲率半径随中心角(以拱冠上取3点的应力，来确定曲线的系数，经积分得到拱与梁处为零点，左岸为负，右

6、岸为正)的变化方程可用极梁的内力，但是对于高次超静定的拱坝，上述假定无法坐标表示为：圆弧，R=常数；抛物线，R=R。／cos；对满足精度计算要求，针对这一问题，朱伯芳提出了用数数螺旋R=R0e；悬链线，R=R0／cos；椭圆线，R=值积分方法直接计算内力。关于用数值积分方法，R0／(COS+asin)／2；双曲线，R=R0／(COS一李守义等针对三圆心双曲等厚度拱坝，提出将等效应asin)。。收稿日期：2014—09—09作者简介：梁建，男，工程师，硕士，主要从事水工结构及其数值模拟方面的研究。E—mail：sdaulj@16

7、3．com第12期梁建，等：基于ANSYS的混合线型拱坝等效应力计算5综合上述曲率半径方程，可以归纳出混合型拱圈曲率半径方程R=R0e坤／(COS+otsin)(1)式中，，卢，k，R。为待选参数，选定不同的参数值，可以得到上述各种线型或介于它们之间的特殊线型；为拱坝中心角。由混合曲线拱圈的构造方式可知，其体型布置灵活，能够很好地适应各个部位不同的地形和地质条件。采用混合线型拱圈进行拱坝体型设计，可以在坝体的不同高程和左右岸依据最佳的适应需要，自动地选用不同的拱圈线型，坝体体型优化余地较大。体坐标系(，Y，)有以下关系m混合拱

8、圈线型的拱圈中心线参数方程可描述为X。=I[R0e如／(cos+asin)]dJ0)㈩∞yc=y+J[R0esinq~／(COS+otsin)]dJ0(2)式中，(，yc)为拱圈中心线上点的坐标，下标c代表中心线；ro为拱冠梁中心线上点的z坐标，下标0代表拱冠梁位置。式中有，