混凝土拱坝三维有限元模型的建立和非线性仿真分析是目前拱坝设计和分析中的重要研究课题。本文对拱坝的分析方法做了总结对比。目前规范采用传统的单轴强度准则,而混凝土拱坝是处于多维受力状态,此时混凝土的实际强度和受力状态有关。由于混凝土早期裂缝、一些内部缺陷、材料本身的非线性因素存在这些客观事实,必然导致混凝土结构的非线性反映,因而混凝土拱坝在其工作过程中应力应变是非线性的,而且随着荷载的增大,这种非线性特性也会越加明显,用目前常用的线弹性方法难以准确反映混凝土拱坝的真实力学行为,这些都表明在拱坝设计中必须考虑其非线性因素。本文应用多轴混凝土强度准则,能更好的反映拱坝的真实工作状态;应用William-Warnke强度准则判断混凝土是否屈服,屈服后采用弹塑性理论进行分析。 本文对有限元非线性仿真分析的基本原理及其在ANSYS中的实现做了较为详细的探讨,在ANSYS6.1平台上用APDL语言以及多种ANSYS内部函数,编制能实现混凝土拱坝三维非线性有限元仿真分析的宏,利用它可较为方便地对拱坝进行有限元建模和仿真分析。 在拱坝的各种荷载中,温度荷载是重要荷载之一,并且很难求解,本文给出了拱坝温度场及温度应力场的求解方法。 作者用江西省萍乡市山口岩拱坝作为实际算例进行了三维非线性有限元仿真分析,分步模拟拱坝的加载过程和超载破坏过程,计算分析了其应力位移规律,得出拱坝的极限承载力,揭示了拱坝的薄弱环节,为该拱坝的设计、优化、施工和运行提供了必要的参考。