基于ANSYS的混凝土重力坝稳定性有限元分析研究

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重力坝是水利工程中重要的建筑物之一,因其具有施工技术简单、施工速度快、对地质条件要求低、安全可靠等优点,是我国应用最广的一种坝体。重力坝的稳定安全对下游地区人民的生命财产和安全具有重要的现实意义。近年来随着全球地震板块的活动,地震多发,极易遭到地震等地质灾害的影响,到目前为止,中国已经建成了大量中小型水坝,这些水坝广泛分布在全国各地,当地震发生时,这些中小型水坝,其容易遭受震害,常常发生次生灾害,因此重视中小型坝的抗震特性具有重要的意义。某混凝土重力坝是目前正在拟建的大型控制性蓄水建设工程,是该地区重要的水工建筑物,本文采用大型有限元软件ANSYS对该混凝土重力坝建立三维整体有限元模型,对其静力条件下的稳定性及大坝的抗震稳定特性进行了深入的研究和探讨,主要研究内容及结果如下:1)介绍了静力和抗震分析中的有限单元法计算方法、抗震分析中结构的模态分析、采用的反应谱法以及运用ANSYS有限元软件进行分析的程序流程,为论文的数值计算分析提供理论依据。2)利用大型有限元软件ANSYS分别采用solid45(基岩)和solid65(大坝)单元建立某混凝土重力坝三维整体有限元模型,分别对空库、正常蓄水位、校核水位三种工况进行整体静力分析,分析了大坝在不同工况下的变形和应力分布。研究结果表明,在静力荷载作用下,各工况下的坝体应力应变符合一般规律,重力坝的最大位移发生在坝顶,在上游坝踵及下游坝趾所受应力均未超过混凝土抗拉压强度规范允许值。重力坝抗滑稳定性计算表明坝体满足抗滑稳定性要求。3)基于ANSYS中的APDL语言结合结构动力学编制命令流对该混凝土重力坝进行模态分析和反应谱响应分析,分别对空库和采用附加质量法施加动水压力的校核洪水位工况,计算基于结构的固有频率、自振周期和模态变形,采用模态分解反应谱法对结构的动力响应进行分析。计算结果表明:考虑水库蓄水后水对坝体作用的影响后,坝体质量增加,坝体固有频率较没蓄水时降低,坝体主要沿顺河向X方向进行振动,仅在空库作用下时重力坝在第六阶产生严重变形,校核洪水位下重力坝也在第六阶发生严重扭曲,各工况下坝体所受拉应力值均产生大范围超过混凝土抗拉强度容许值1.2MPa,地震下坝体毁坏严重,需要采取一定措施来减小较大的应力集中。本文以自己参与的工程实例为背景,论文的研究成果对本工程的设计和施工具有一定的指导意义,并对本工程后期从完工后到蓄水过程的监测起到一定的参考及类似工程的建设都具有一定程度的参考和借鉴价值。
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