空腹重力壩體型優(yōu)化及施工期溫度場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)仿真分析.pdf

1、空腹重力壩因其具有減小揚(yáng)壓力、降低混凝土工程量、利于施工期散熱等優(yōu)點(diǎn)被國內(nèi)外廣泛采用。然而，該壩型的相關(guān)研究仍有不足之處。首先，空腹重力壩的優(yōu)化設(shè)計(jì)仍處在方案比選階段，有進(jìn)一步優(yōu)化的空間;其次，其便于散熱的特點(diǎn)始終未得到重視，施工過程仿真分析也一直處于空白。而近年來，碾壓混凝土的應(yīng)用越來越普遍，這種施工技術(shù)應(yīng)用于空腹重力壩已成為必然趨勢(shì)。所以本文以碾壓混凝土空腹重力壩作為研究對(duì)象，借助ANSYS軟件平臺(tái)，綜合考慮溫度、碾壓混凝土施工特點(diǎn)

2、等影響因素。一方面提出了空腹重力壩的最優(yōu)結(jié)構(gòu)形式，另一方面通過施工過程熱-應(yīng)力耦合場(chǎng)仿真分析，探索了利用空腹散熱的實(shí)際效果。
　　論文共分為5個(gè)章節(jié)，從理論到實(shí)踐展開研究論述。第一章為緒論，主要對(duì)論文研究背景、研究意義、研究?jī)?nèi)容、研究方法、研究框架進(jìn)行整合。第二章為仿真分析理論綜述。第三章基于空腹重力壩復(fù)雜多樣的腹孔形式，建立能夠完整表達(dá)各典型斷面的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，借助ANSYS優(yōu)化模塊對(duì)腹孔結(jié)構(gòu)各參數(shù)進(jìn)行一次性優(yōu)化，確定最優(yōu)的斷面

3、類型和結(jié)構(gòu)尺寸;第四章基于優(yōu)化斷面進(jìn)行施工過程模擬，耦合溫度與應(yīng)力場(chǎng)，以相同條件下實(shí)體重力壩作為參照，比較了空腹重力壩相比實(shí)體重力壩的散熱效果，得到了施工期不同空腹溫度條件下壩體溫度場(chǎng)變化規(guī)律;第五章為結(jié)論，對(duì)本文研究成果進(jìn)行提煉總結(jié)。主要成果如下:
　　(1)應(yīng)用ANSYS優(yōu)化模塊對(duì)空腹重力壩典型斷面（城門洞型、扇形、上下游斜墻均向上游傾斜型）進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)空腹重力壩與壩基接觸面積小且受溫度影響較大的特點(diǎn)，在優(yōu)化過程中，采用熱固

4、耦合法和接觸單元法分析溫度荷載及壩體抗滑穩(wěn)定問題。結(jié)果表明，上下游斜墻均向上游傾斜型的布局使空腹走向與壩體內(nèi)部合力方向相同，從而顯著的改善了空腹周圍的應(yīng)力條件;且由于空腹重力壩與基巖面的接觸面積較小，尋優(yōu)過程中不宜減小壩底長(zhǎng)度，應(yīng)將增大空腹高度作為減小工程量的主要手段。
　　經(jīng)優(yōu)化，斷面面積減少約13.6％，優(yōu)化斷面上下游斜墻與水平面夾角72～76度。以相同的優(yōu)化過程，設(shè)置5種類型的基巖參數(shù)，得到不同壩基條件下優(yōu)化斷面的控制條件及

5、變化規(guī)律，為不同地質(zhì)條件下的壩體斷面尺寸比選提供參考。在優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上，將空腔替換為填渣開展進(jìn)一步的優(yōu)化，結(jié)果表明:填渣結(jié)構(gòu)不僅能夠?yàn)槭┕ぬ峁O大地便利，其對(duì)壩體抗滑穩(wěn)定狀態(tài)的提升作用可以使空腹重力壩優(yōu)化斷面面積進(jìn)一步減小。
　　(2)根據(jù)實(shí)際工程資料，對(duì)采用優(yōu)化后截面的壩體進(jìn)行施工全過程仿真計(jì)算，綜合考慮外界氣溫和壩體分層等因素，運(yùn)用有限元數(shù)值分析法模擬施工過程中溫度場(chǎng)的變化。在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，以控制空腹內(nèi)溫度作為溫控措施，

6、設(shè)置不同方案，進(jìn)行仿真計(jì)算，分析各方案間的差別及對(duì)壩體的影響程度。
　　結(jié)果表明，空腹重力壩施工完成時(shí)內(nèi)部最高溫度28.88度，相比實(shí)體重力壩下降5.56度，內(nèi)外溫差降低約40％。完建期實(shí)體壩最大拉應(yīng)力0.613Mpa，空腹壩0.354Mpa，下降0.259Mpa。空腹壩由于散熱性能好，產(chǎn)生的內(nèi)部溫升低，且與基巖接觸面積較小，建設(shè)期的溫度應(yīng)力狀態(tài)較實(shí)體重力壩更為理想。但空腹重力壩拉應(yīng)力主要出現(xiàn)在空腹頂拱處，在實(shí)際工程中應(yīng)通過配筋等