基于ANSYS的混凝土重力坝有限元法静动力分析

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作者：

丰梦梦

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摘要：

随着我国水电事业的迅速发展以及混凝土重力坝筑坝技术的不断提高,在水力资源丰富的西南和西北地区设计和修建了众多混凝土重力坝,然而这些地区正是高烈度地震频发的地区。在高烈度地震作用下,重力坝的抗震安全直接关系到下游地区人民生命财产的安全,因此对重力坝等挡水建筑物的抗震性能的研究具有重大的现实意义。本文以某大坝为例,采用三维有限元静动力分析的方法,对高地震烈度下混凝土重力坝的静动力特性及其抗震安全性进行了深入的研究和探讨。本文简单介绍了有限单元法和静动力分析的理论基础和计算方法,以及结构模态分析和论文中采用的反应谱法,为论文的计算分析提供了理论依据。论文利用大型软件ANSYS采用solid45(基岩)和solid65(大坝)单元建立了重力三维模型,对结构进行静力分析,分析了大坝在不同工况下的变形和应力分布,得到:(1)大坝顺河方向的位移和竖直方向的位移最大值均出现在坝顶。顺河方向和竖直方向的位移都由坝底到坝顶逐步增大。横河方向位移与顺河方向和竖直方向位移不同,最大的位移出现在坝底。(2)大坝的顺河向正应力主要为压应力,在坝踵处出现小范围的拉应力集中。竖向正应力主要为压应力,也在坝踵处和大坝上游坝面出现小范围的拉应力集中。采用模态分析的方法,分别计入和不计入库水作用,分析大坝的自然振动频率,振动周期以及结构振型,得到:(1)在动水压力的作用下,重力坝的正常水位振动频率比空库的振动频率低,这主要是因为在坝体的刚度没有发生变化的情况下,结构的质量增加导致大坝的振动频率减小。(2)该坝正常水位下的第1阶振型是以顺河流方向振动为主,第2阶振型是以竖直方向振动为主,第3阶振型是以横河方向振动为主,第4阶振型则绕竖直方向左右轻微摆动,第5阶振型以后发生扭动。采用振型分解反应谱法对大坝进行动力计算,分析大坝的动力特性可知,在地震作用下的主要应力为拉应力,在坝址、坝踵以及坝顶处出现较大的拉应力集中,其数值超过了混凝土的抗拉容许值,需要采用增加混凝土强度或者适当的配筋等措施来减小较大的应力集中。本文联系实际,其研究成果对设计类似工程具有一定的参考和借鉴价值。论文最后对所做工作进行了总结,并提出进一步工作的发展方向和前景。

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关键词：

混凝土重力坝；有限元；抗震安全；反应谱法；动力特性；ANSYS

学位级别：

硕士

DOI：

CNKI:CDMD:2.1016.283239

被引量：

2