考虑温度荷载的高拱坝静动力分析与影响因素

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拱坝是一种通用的坝型,在水工结构工程建设中常被国内外广泛采用,大体积混凝土结构的温度应力及温度控制问题,是近年来普遍关注的问题,在工程实际应用中是非常重要的问题。由于拱坝的体型与其他坝型相比,结构和几何形状较为复杂。用有限元分析原理计算分析混凝土拱坝的温度场和应力场,是拱坝设计的主要方法。准确计算运行期拱坝的温度荷载对于准确评价高拱坝的抗裂安全度,保障高拱坝的安全运行具有重要意义。在工程中,抗震性能分析已经成为关键问题,考虑温度荷载混凝土拱坝的抗震分析是拱坝安全评价的重要内容,本文结合实际工程项目对论文算例中的混凝土拱坝进行静动力三维有限元分析,基于ANSYS采用有限元法对考虑温度荷载高混凝土拱坝的应力和位移做了分析。主要的工作内容如下:(1)建立了算例拱坝的三维有限元分缝模型,详细分析了拱坝的温度场边界条件和初始条件,本文应用热传导理论和热-结构耦合理论以及三维有限元法,用通用有限元软件ANSYS对三维有限元模型进行数值模拟计算。结果表明:最大径向位移与空气温度呈负相关关系,温度升高,对坝肩稳定不利,对应力有利,坝体最大径向位移减小,温度降低,对坝肩稳定有利,对应力不利,坝体最大径向位移增大。(2)对算例拱坝进行了线弹性力学分析,模拟其温度场边界条件和初始条件,在温度场分析的基础上,进一步进行了应力分析,得到线弹性体坝体在自重、水压力、泥沙压力和温度荷载作用下应力场的发展变化过程,计算分析由温度变化产生的变形及应力。以通用工程仿真分析软件ANSYS为平台,编制了混凝土拱坝运行期稳态和瞬态温度场和应力场的仿真分析程序,具有实时仿真和预测的功能,并且有较好的通用性。(3)考虑温度荷载高拱坝静动力分析,对算例混凝土拱坝建立三维有限元模型,基于波动基本理论,研究了谱分析理论和时程分析理论,用有限元动力分析方法基于ANSYS参数化设计语言APDL编制了反应谱分析和地震动力时程分析求解程序,考虑坝一地基的动力相互作用,进行了静、动力计算分析,研究了拱坝的自振特性和地震响应。从计算结果中总结出拱坝动应力分布情况、振型分布规律及地震动作用下对坝体产生的影响等,最后总结出拱坝抗震措施方面的建议。
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