基于有限元等效应力法的拱坝强度设计准则探讨

指出了我国现行拱坝设计规范中存在的问题，根据若干已建拱坝的有限元等效应力分析结果，探讨基于有限元等效应力法的应力控制标准，提出了考虑建筑物等级的压应力设计准则和综合拉应力设计准则。     

改进的拱坝等效应力分析方法

对有限元内力法求解拱坝等效应力分析进行了进一步改进,假定拱、梁方向上的正、剪应力在拱、梁截面上的面单元内呈双线性分布。从而导出根据截面约束内力求解等效节点应力的公式,并在此基础上导出拱梁向应力为直线分布时的上、下游面等效应力的求解方程和主应力求解公式．对典型的圆筒拱坝用本文方法进行应力分析。得出的拱及梁向应力结果与试载法分析结果基本一致,表明用本文分析方法得出的应力结果可以按现行的拱坝设计规范规定的应力标准评价拱坝坝体安全度．     

建基面强度对拱坝应力、变形的影响

建基面是传递拱坝和基岩相互作用的纽带,它的强度直接影响基岩对坝体的约束,从而影响坝体的应力和变形,用非线性有限单元法,以设计中的某高拱为例,分析建基面强度对坝体应力和变形的影响,结果表明建基面强度对坝体应力的影响仅限于建基面附近的局部范围,对最大主拉应力的影响要大于对最大主压应力的影响,建基面强度的降低不会无限地增大坝体的应力数值;建基面强度对坝顶位移的影响较小,但对坝底位移（尤其是顺河向相对位移）的影响较大,当建基面强度较低时,坝底顺河向相对位移随建基面强度的降低而增大。     

长垌双曲拱坝有限元等效应力计算研究

基于有限单元法结合长垌双曲拱坝进行了应力计算分析,并对坝体近基础部位进行了等效应力计算研究,阐明了拱坝等效应力计算研究的基本方法和对工程的意义,得出有益结论,为该拱坝设计阶段提供可靠依据,并对拱坝结构计算研究提供参考.     

谷幅收缩对高拱坝变形及应力状态的影响分析

溪洛渡拱坝蓄水初期出现了较为明显的谷幅收缩现象,且量值远超同类工程,有必要开展谷幅收缩变形对拱坝变形及应力状态的影响研究。针对坝体已经历的三次完整蓄水-消落过程,对各条测线谷幅变形进行函数拟合,在此基础上,计算了各个蓄水-消落周期下,正常蓄水、死水位工况下坝体变位和坝体应力,对比分析了考虑谷幅收缩变形对大坝位移、应力及分布规律的影响。结果表明,正常蓄水工况下,在变形方面,一定幅度的谷幅变形引起坝体向上游变形趋势,可以部分抵消水沙压力造成的坝体向下游变形作用,使大坝变形减小;在应力方面,一定幅度的谷幅收缩会大大降低上游坝面坝踵拉应力和下游面坝体压应力,改善大坝受力状态。死水位时,随着谷幅收缩的加大,上游面主压应力持续增加,下游坝面主压应力先减小后增大,并在下游面将产生一定拉应力。研究表明,当前谷幅变形作用下,大坝具有较大的安全裕度。在预测极限谷幅状态下(VDL04测线谷幅收缩70.04 mm),溪洛渡高拱坝应力应变处于安全状态。     

悬索大桥塔基础的应力和变形分析

该研究是内地首次对国外为香港设计的桥梁进行的独立审查,悬索大桥就塔基础在上部塔腿最不利载荷组合下,进行了3D有限元分析,分析表明塔基础的设计具备足够的安全系数.     

基于有限元内力法的某拱坝加固培厚方案对比分析

随着使用年限的增长,拱坝不断老化并产生各种病险危害．目前,拱坝的加固培厚成为一种普遍采用的措施,其技术和安全性也逐渐受到关注．针对某拱坝培厚加固有2种方案,即在下游面或者上游面培厚加固,采用有限元内力法计算该坝体及其2种培厚方案坝体应力,结果表明在下游面对坝体加固培厚方案更优,为拱坝加固培厚方案的选择提供依据．通过规范等效应力法和试载法对计算结果复核,验证了计算结果的正确性．     

金钟面板堆石坝应力变形三维弹塑性有限元分析

对金钟水利枢纽面板堆石坝进行了三维弹塑性有限元分析,模拟了坝体材料分区、填筑及蓄水过程和面板的分缝,采用双屈服面模型模拟堆石体的变形特征.根据数值分析的结果,对竣工期和蓄水期坝体堆石和面板的应力变形规律进行了讨论.     

浸水条件下路基当量回弹模量分析

通过有限元模拟软件ABAQUS,模拟了典型路基路面结构水位变化时,FWD荷载下的路面响应,并通过迭代反算和加权计算的方法,得到了路基当量回弹模量.结果表明:水位的抬升对沥青面层层底拉应变和路基顶面压应变影响明显,二者的变化趋势均类似指数增长;在低水位(水位由-6 m抬升至0 m)时,路基顶面压应变变化更明显,其增幅为30.8%,而在水位抬升至路基浸水接近饱和时,面层层底拉应变变化更显著,水位由5 m抬升至6 m时增幅为39.3%;通过迭代反算和模量加权计算确定的路基当量回弹模量与路基湿度具有较强的相关性,回弹模量随着水位的上升,均呈现明显的线性减小趋势.     

拱坝泄水孔应力影响因素分析

拱坝泄水孔受进出口悬臂结构、内水压力、坝体自重、温度、上游水压力等作用的影响,孔口应力分布复杂.本文结合工程实例建立了拱坝的三维有限元模型,基于子模型法计算分析了拱坝泄水孔的应力分布规律;通过不同结构形式和不同作用效应的计算分析,对孔口应力分布的影响因素进行了全面分析,得出拱坝泄水孔进、出口悬臂结构对泄水孔进、出口部位的应力影响很大,泄水孔进口附近侧壁顺水流方向拉应力很大,与传统的孔口环向拉应力大、顺水流方向拉应力小的观点相悖,为拱坝泄水孔配筋设计提供了重要依据,对同类工程设计具有参考价值.     

含流体相应力杂交单元等效弹性模量的分析

在页岩气开采的过程中,对含有大量微孔洞的页岩的真实模拟存在困难,因为往往涉及到带有流体孔洞问题,其中最主要的是拉格朗日网格与欧拉网格的过渡问题。针对这一问题,建立了一种带有流体的固体单元模型。在流固交界面引入面力平衡条件后,得到了它的修正余能泛函,并推导出一种新的带流体的应力杂交元。在与普通商业有限元软件MARC对比验证其有效性后,分别研究了在形状、体分比、空间分布位置、半径改变时模型等效弹性模量的变化。结果表明,不同形状对等效弹性模量影响不大;同体分比时,含流体孔半径增大,等效弹性模量也随之增大;体分比增大时,模型等效弹性模量逐渐下降;角度逐渐增大时,等效弹性模量逐渐减小,并且下降幅度逐渐减小。模型在流固交界面发生应力集中,且集中方向为孔的上下两侧。     

白鹤滩拱坝三维非线性有限元分析

采用三维非线性有限单元法对白鹤滩拱坝进行了3种荷载组合下的非线性分析。结果表明,在基本荷载组合一工况下,坝体上游面有最大主拉应力为6.04 MPa,发生在坝底550 m高程右拱端,下游面有最大主压应力为14.50 MPa,发生在620 m高程左拱端;坝体自重施加方式对坝体应力,尤其是上游面拉应力,有较大的影响;但在基本荷载组合一工况下,坝体自重按整体自重考虑,上游面最大主拉应力6.04 MPa,有限元等效最大主拉应力为3.15 MPa。     

预条件共轭梯度法在拱坝有限元重分析中的应用

以初始设计的劲度矩阵为预条件矩阵,给出了大型结构有限元重分析的预条件共轭梯度算法.该算法不需要形成和存储修改结构的劲度矩阵,占用内存小,并具有较高的精度和收敛速度.拱坝体形修改有限元分析算例表明,即使设计变量有较大改变时,该方法也能较快地收敛到精确解.     

增设孔口牛腿对双曲拱坝应力的影响

采用有限单元法分析了招徕河双曲拱坝在坝身无孔口、有孔口和增设牛腿三种工况下的坝身应力分布。     

基于随机有限元的拱坝坝肩稳定可靠度分析

以有限元和可靠度理论为基础,提出了应用于拱坝坝肩抗滑稳定分析的随机有限元基本思路.通过与可靠度理论相结合,考虑变量的随机特性,建立荷载效应与基本随机变量之间的关系.在随机有限元的基础上进行拱坝坝肩抗滑稳定的可靠度分析,计算出相应的可靠指标.对一实际工程进行计算和分析,验证随机有限元方法在拱坝坝肩抗滑稳定分析中的应用.     

求解拱坝极限荷载的增量弹性有限元迭代法

为了克服弹性补偿法每一步计算量太大的问题,结合弹塑性分析法和塑性极限分析法的优点,提出求解复杂结构极限荷载的增量弹性有限元迭代法(IEFEIM)。该方法以荷载因子β为变量,采用自适应增量调整技术,迭代逼近满足平衡条件和屈服条件的最大荷载因子βmax。与弹塑性分析法相比,IEFEIM只需材料的强度准则,不需要材料屈服、破坏后的本构关系;与塑性极限分析法相比,IEFEIM只需增量定向搜索逼近荷载因子最大值,无需开展大范围搜索的规划算法;与弹性补偿法相比,只需形成一次整体刚度矩阵,无需每一步重新形成整体刚度矩阵,可以有效地减少每次迭代的计算量。工程实例表明,IEFEIM可以有效地求得高拱坝的极限荷载,并可以给出临近极限状态时的结构性状。     

三维广义有限元及在拱坝计算中的应用

基于传统有限元理论，将每个结点位移的Lagrange型插值空间推广为具有任意多个广义位移的函数展开式，在不增加结点个数的前提下，仅通过提高结点插值函数的阶数，达到提高有限元精度的目的，建立了三维广义八结点等参单元的有限元列式，探讨了广义有限元的程序实施细则。通过对悬臂梁、曲梁以及5型拱坝的实例计算，体现了广义有限元法的优越性，为拱坝等结构计算分析提供了一种新途径。