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重力坝是水利工程中最重要的建筑物。在我国重力坝在已建成的大坝中更是占了绝对优势。大坝的安全不仅影响工程效益,而且关系到人民的生命和财产安全,大坝一旦溃决,会给下游带来灾难性的后果。因此重力坝的应力和稳定性分析显得尤为重要。传统的计算方法适应性差,已不能满足设计需求。随着有限单元法的完善和仿真软件的不断发展,采用有限元软件对重力坝进行仿真模拟具有重要的工程意义和实用价值。 本论文运用有限单元法和反应谱分析理论,结合大型有限元分析软件ANSYS和CAD设计软件Pro/Engineer对邢台市朱庄水库重力坝进行了静力强度分析、抗滑稳定性分析和抗震分析。 首先,根据重力坝的实际结构,应用Pro/Engineer建造其三维实体几何模型。将几何模型导入到ANSYS中做有限元分析的前处理,采用六面体单元对重力坝进行网格划分。对于坝体部分应用SOLID65单元,对于岩基部分应用SOLID45单元进行分析。采用梯度载荷命令对重力坝施加自重载荷、静水压力和扬压力,使重力坝的加载更符合实际情况。 其次,使用ANSYS对重力坝的物理模型进行了静力强度分析计算,得出了重力坝的应力分布和变形状态。分析结果表明:最大拉应力出现在坝顶中部,其值远小于混凝土的抗拉强度。最大压应力出现在下游坝面与两侧岩基的连接处,其值远小于混凝土的抗压强度。这说明重力坝在各种静载荷作用下,满足强度要求。 最后,结合坝工设计规范,采用剪摩公式对重力坝进行抗滑稳定性分析。分析结果表明:重力坝的抗滑安全系数大于许用安全系数。应用ANSYS软件采用子空间法提取重力坝的前十阶固有频率。依据标准反应谱,得到各阶频率对应的反应谱值。进行谱分析,模态扩展和合并,得出合并后的响应。应用ANSYS的后处理功能可得出重力坝的位移、应力、应变分布图。分析结果表明:重力坝的最大动位移出现在坝顶。 通过对重力坝的研究分析,为实际工程提供了技术依据。对于以后的同类大体积混凝土结构的有限元分析及动力响应计算奠定了一定的基础。