混凝土溢流重力闸坝应力应变研究

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1、混凝土溢流重力闸坝应力应变研究　　摘要：本文结合都平水电站混凝土溢流重力闸坝的设计方案，建立三维混凝土溢流重力闸坝模型，运用大型通用有限元计算软件ADINA进行非线性有限元应力变形分析,在设计水位下对闸坝坝体的典型剖面进行应力变形计算，并分析坝体的应力变形情况。关键词：混凝土溢流重力闸坝，坝体，应力变形，有限元法中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：0引言混凝土属于脆性的材料，其抗拉强度非常弱，大约只有其抗压强度的十分之一，如果混凝土的坝体开裂，那么将会造成十分严重的后果，因此对混凝土坝进行应力应变分析十分重要。1工程概况都平水库枢纽主要建筑物有水库

2、大坝（主、副坝共2座）、船闸以及电站厂房等。闸坝的型式为砼重力坝，最大高度28.4米，堰顶高程:7米，正常高水位：34.1米。闸坝共11孔，总长184ｍ，每孔净宽14米，位于河床中部，地质条件较好，闸坝基础即置于弱风化层上。2坝体应力变形数值模拟分析72.1有限元模型的建立2.1.1计算范围及计算坐标系的选取本文选取都平水库的闸坝建立有限元模型，计算时暂且将地基看作刚性来处理，将其坐标原点设置于右岸地基模型上游处的最底点，选用整体直角笛卡尔坐标系来计算，坐标轴分别为X，Y，Z，其中，X轴方向为沿水流方向由上游处指向下游，Y轴沿坝轴线方向由右岸指向左岸，Z轴

3、则垂直于地基面以竖直向上为正方向。2.1.2模型材料参数的确定根据都平水库混凝土物理力学试验资料，本次工程区域岩石及坝体的力学参数取值见表2-1表2-1材料的物理力学参数Table2-1Physicsparametersofmaterials本文的计算所考虑的荷载主要是坝体及山体的自重及静水荷载：(1)自重：坝体的材料为混凝土容重取23.5kN/m3，山体为弱风化岩容重取26kN/m3；(2)静水荷载：水的容重取为9.8kN/m3。主坝稳定性分析计算包括以下几种工况：（1）正常蓄水位34.10m，下游水位25.92m；（2）设计水位上游36.07m，下游水

4、位35.80m；7（3）校核水位上游水位38.45m，下游水位38.2m（P=0.2%）；2.1.3计算网格的生成本计算的网格的节点总数为54412个，单元总数为48288个。其中，闸坝坝体部分单元个数为10608个，山体部分为37680个。2.1.4边界条件的定义在都平水库混凝土溢流重力闸坝有限元模型中，平行于坝轴线方向的断面定义为水平约束(X=0)，地基底面定义为竖向约束(Z=0)，水平约束(Y=0)是垂直于坝轴线方向的两端断面，约束节点总数7696个，其余结构面为自由边界。2.2有限元计算成果及分析为了便于分析，本文在对模型进行计算后选取了几个典型的

5、剖面对都平水库混凝土溢流重力闸坝坝体与坝基的应力变形状态进行分析研究。剖分的典型剖面（如图2-1）位置为：闸坝中部闸墩处剖面。2-1都平水库大坝闸坝典型剖面图2.2.1正常蓄水位应力变形成果及分析2.2.1.1应力变形成果图7下面将典型剖面的应力变形结果图按此顺序给出：大主应力分布云图、小主应力等值分布图及X水平位移分布云图和竖向位移分布云图等。(1)F2剖面的应力变形结果图:图2-2—图2-5图2-2F2剖面大主应力等值分布云图(以拉应力为正，单位：Pa)Fig.2-2Maximumprincipalstressequaldistributionofse

6、ctionF2图2-3F2剖面小主应力等值分布云图(以拉应力为正，单位：Pa)Fig.2-3MinimumprincipalstressequaldistributionofsectionF2图2-4F2剖面X水平位移等值分布图(单位:m)Fig.2-4HorizontalXdisplacementequaldistributionofsectionF2图2-5F2剖面竖向位移等值分布图(单位:m)Fig.2-5VerticaldisplacementequaldistributionofsectionF22.2.2成果分析7（1）坝体应力。由以上应力成果

7、图可知：坝体剖面的大主应力分布比较规律，正常蓄水位大主应力的最大值发生在坝基上游底部及坝趾处，F2剖面最大压大应力为0.153MPa。剖面大主应力的最大值符合规范规定的抗压要求。剖面的大主应力的拉应力最大值出现在大坝的坝踵处，且出现拉应力的范围特别小，符合规范中的要求。在闸墩上部由于闸门的作用，剖面的闸墩上部均出现了较小的拉应力，应注意闸墩上的配筋情况。从剖面的成果图可以看出，小主应力分布规律，坝体的最大压应力区分布在坝基底部。F2剖面小主应力坝趾处最大压应力为0.349MPa。剖面坝趾处的小主应力最大压应力数值大小符合规范规定的抗压要求。(2)坝体应变分

8、析。正常蓄水位坝体的X方向位移是坝体由上游向下游偏移。由以上成果图