拱坝的体形对坝体的安全、造价和施工等都有着重要的影响。拱坝的安全可靠性是依靠坝体混凝土的强度和两岸拱座岩体的强度和稳定性来保证的。在拱坝体形设计中,一方面需要充分发挥混凝土抗压强度高的优势,以尽量减少拉应力,使坝体承受较为均匀的压应力,把荷载传递至两岸坝基;另一方面要重视两岸拱座的抗滑稳定和岩体变形,使两岸坝肩的推力尽量转向山体内。拱坝体形设计要考虑的三个基本要素是:坝体应力、拱座稳定和工程造价。 拱坝体形优化就是在给定的地形、地质以及荷载作用条件下,利用数学规划的方法,寻找经济合理的体形。随着我国高拱坝建设的发展,体形优化设计更加受到重视,拱坝的设计经验也表明,体形设计是拱坝设计中的两个关键性问题之一。随着工程实践经验的积累和设计水平的不断提高,拱坝的体形逐渐由单心圆拱,多心圆拱发展成为变曲率变厚度的抛物线拱、双曲线、对数螺旋线拱等。而抛物线拱曲率变化连续,既有三心圆拱的优点,又避免了曲率突变的缺点,同时制约拱坝体形的几何参数少于三心圆拱和对数螺旋线拱,因此采用抛物线拱的数量逐步增多,设计与施工相对简单。 目前,用于拱坝体形优化的应力计算方法主要有拱梁分载法和有限元法。本论文的主要工作是利用有限元软件ANSYS的优化功能,对抛物线拱坝的几何参数进行优化,使坝体应力和抗滑稳定均满足规范规定要求的前提下,寻找经济而实用的体形;以拱坝的几何特征参数为设计变量、大坝体积为目标函数,考虑几何约束、应力约束和稳定条件等约束条件。 以ANSYS中的APDL参数化设计语言建立模型、施加水压力、自重以及温度荷载、有限元求解、有限元计算结果的导出(包括各种优化设计变量值,目标函数值,约束条件等),优化收敛条件的判断以及体形优化计算等一系列工作都可以自动完成,无须人工干预,智能化程度较高。通过ANSYS的分析计算,拱坝的应力